SELEKTIVNO DJELOVANJE ZAŠTITNIH UREĐAJA U NISKONAPONSKIM MREŽAMA

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA

DIPLOMSKI RAD br. 2193

SELEKTIVNO DJELOVANJE ZAŠTITNIH UREĐAJA U NISKONAPONSKIM MREŽAMA Darijo Bilić

Zagreb, lipanj 2008.

Zahvaljujem svom mentoru prof. dr. sc. Anti Marušiću na savjetima koji su me usmjeravali tijekom izrade ovog rada, jednako tako zahvaljujem i ing. el. Jozi Biliću na stručnoj pomoći te podršci tijekom mog studiranja. Posebno zahvaljujem svojima roditeljima, Ankici i Marinku, na strpljivosti i brižnosti te odricanju kroz sve ove godine mog studija. Zahvaljujem svojoj djevojci Danijeli što je uz mene, te ostalim članovima obitelji i prijateljima koji su sa mnom dijelili trenutke radosti i tuge.

Još jednom svima, hvala!

ii

Darijo Bilić 0036400787

iii

Sažetak Ovaj diplomski rad opisuje osnovne principe djelovanja i selektivnosti nadstrujne zaštite u niskonaponskim mrežama. Opisani su pojedini elementi koji služe za izvedbu nadstrujne zaštite. Karakteristike tih uređaja korištene su za objašnjenje njihovog međusobnog selektivnog djelovanja. Na kraju je opisan i praktični primjer odabira, razmještaja te selektivnog djelovanja nadstrujne zaštite u niskonaponskom dijelu mreže od SN strane transformatora do krajnjeg trošila.

iv

Sadržaj 1.

Uvod .......................................................................................................... 1

2.

Općenito o nadstrujnoj zaštiti u niskonaponskim mrežama ....................... 2

3.

2.1.

Zaštita od preopterećenja ................................................................... 2

2.2.

Zaštita od posljedica kratkog spoja ..................................................... 3

2.3.

Zaštita od neželjenog porasta temperature......................................... 3

2.4.

Zahtjevi za nadstrujnu zaštitu ............................................................. 3

Nadstrujni zaštitni uređaji .......................................................................... 4 3.1.

Niskonaponski osigurači ..................................................................... 4

3.1.1.

Rastalna karakteristika ................................................................. 4

3.1.2.

Ograničavanje struje .................................................................... 5

3.1.3.

Prekidna moć osigurača ............................................................... 7

3.1.4.

Osnovna podjela niskonaponskih osigurača ................................ 7

3.2.

Niskonaponski prekidači ..................................................................... 9

3.2.1.

Prekidna moć niskonaponskih prekidača ..................................... 9

3.2.2.

Tjemene vrijednosti i vremenska zadrška podnosive struje ...... 10

3.2.3.

Okidači ....................................................................................... 11

3.2.4.

Minijaturni prekidači ................................................................... 14

3.3.

Niskonaponski releji .......................................................................... 16

3.3.1. 3.4.

Releji za preopterećenje............................................................. 18

Termometarski zaštitni uređaji .......................................................... 20

3.4.1.

PTC zaštitni uređaji .................................................................... 20

3.4.2.

NTC zaštitni uređaji .................................................................... 21

3.5.

Kombinirani sklopni zaštitni uređaji ................................................... 21

3.5.1.

Kombinacija prekidač – osigurač................................................ 22 v

4.

3.5.2.

Kombinacija sklopnik – prekidač ................................................ 23

3.5.3.

Kombinacija sklopnik i relej za preopterećenje – osigurač ......... 23

3.5.4.

Kombinacija sklopnik i relej za preopterećenje – prekidač ......... 25

3.5.5.

Prekidači u kaskadi .................................................................... 26

3.5.6.

Podešavanje kombiniranih zaštitnih uređaja .............................. 27

3.5.7.

Usporedba kombinacija zaštitnih uređaja ................................... 29

Funkcije nadstrujnih zaštitnih uređaja ..................................................... 31 4.1.

4.1.1.

Kvarovi transformatora ............................................................... 31

4.1.2.

Transformatori u radijalnim mrežama ......................................... 32

4.1.3.

Paralelno spojeni transformatori istih izlaznih karakteristika ...... 32

4.1.4.

Transformatori u zamkastim mrežama ....................................... 32

4.2.

Zaštita kabela i vodova ..................................................................... 34

4.3.

Zaštita motora ................................................................................... 35

4.3.1.

Uzroci kvarova motora ............................................................... 35

4.3.2.

Zaštita rotora trofaznih asinkronih motora .................................. 36

4.3.3.

Zaštita trofaznog asinkronog motora korigiranjem faktora snage 36

4.3.4.

Zaštita trofaznog motora pri promjeni smjera vrtnje ................... 37

4.4. 5.

Zaštita transformatora ....................................................................... 31

Zaštita kondenzatorskih baterija ....................................................... 37

Selektivnost nadstrujnih zaštitnih uređaja ............................................... 38 5.1.

Zahtjevi za selektivno djelovanje zaštitnih uređaja ........................... 38

5.2.

Načini ostvarivanja selektivnosti ....................................................... 40

5.2.1.

Nadstrujna selektivnost .............................................................. 40

5.2.2.

Vremenska selektivnost ............................................................. 41

5.2.3.

Logički stupnjevana selektivnost ................................................ 42

5.2.4.

Selektivnost ostvarena usmjerenim zaštitnim uređajima ............ 43 vi

5.3.

Selektivnost zaštitnih uređaja u radijalnim mrežama ........................ 44

5.3.1.

Selektivnost serijski spojenih osigurača ..................................... 44

5.3.2.

Selektivnost serijski povezanih prekidača .................................. 45

5.3.3.

Selektivnost između prekidača i nižeg osigurača ....................... 50

5.3.4.

Selektivnost između osigurača i nižeg prekidača ...................... 51

5.3.5.

Selektivnost u slučaju dva ili više paralelnih izvora napajanja .... 52

5.3.6.

Selektivnost nadstrujnih uređaja sa podnaponskim okidačima .. 53

5.3.7.

Korištenje tablica selektivnosti ................................................... 55

5.4.

Selektivnost u zamkastim mrežama ................................................. 57

5.4.1.

Osigurači u čvorištima ................................................................ 58

5.4.2.

Selektivnost postignuta sa usmjerenim okidačima i komunikacijom među njima ................................................................................. 58

5.5. 6.

Pomoćna zaštita ............................................................................... 63

Primjer odabira zaštitnih uređaja za niskonaponsku mrežu .................... 64 6.1.

Tehnički uvjeti HEP-a korišteni za praktični primjer .......................... 65

6.1.1.

Tehnički uvjeti za izvedbu priključka u višestambenim objektima pročišćeni tekst korišten za izradu primjera ................................ 65

6.1.2.

Tehnički uvjeti za izvedbu priključka u individualnim objektima pročišćeni tekst korišten za izradu primjera ................................ 68

6.1.3.

Tehnički uvjeti za TS 10 (20) / 0,4 kV, 1 x 250 kVA I 1 x 630 kVA Kabelska izvedba – vanjsko posluživanje - pročišćeni tekst korišten za izradu primjera ......................................................... 73

6.2.

Model mreže u programu SIMARIS DESIGN 4.1 ............................. 79

6.2.1.

Transformatorska stanica ........................................................... 81

6.2.2.

Polje javne rasvjete .................................................................... 82

6.2.3.

Instalacija zgrade ....................................................................... 83

6.2.4.

Područje instalacija kuća ............................................................ 84 vii

6.2.5.

Popis odabranih uređaja i njihovi parametri korišteni u modelu . 85

6.2.6.

Karakteristike selektivnosti od SN strane napajanja do krajnjeg trošila.......................................................................................... 95

Zaključak .........................................................................................................101

viii

Popis slika Slika 3.1 Vremensko strujna rastalna karakteristika osigurača ......................... 5 Slika 3.2 Krivulja rezanja osigurača .................................................................. 6 Slika 3.3 Valni oblici napona i struje pri prekidu kratkog spoja ograničavanjem struje osiguračem .............................................................................. 6 Slika 3.4 Niskonaponski visokoučinski osigurač (podnožje i uložak)................. 7 Slika 3.5 Vremensko strujna karakteristika prekidača ....................................... 9 Slika 3.6 Niskonaponski prekidač sa termo-magnetskim okidačem ................ 11 Slika 3.7 Karakteristike minijaturnih prekidača ................................................ 15 Slika 3.8 Sklopna vremena otvaranja i zatvaranje kontakata .......................... 17 Slika 3.9 Karakteristika PTC termometra ........................................................ 20 Slika 3.10 Karakteristike i jednopolna shema kombinacije prekidač-osigurač . 22 Slika 3.11 Karakteristike i jednopolna shema kombinacije sklopnik-prekidač . 23 Slika 3.12 Karakteristike i jednopolna shema kombinacije sklopnik i relej za preopterećenje – osigurač............................................................... 24 Slika 3.13 Karakteristike i jednopolna shema kombinacije sklopnik i relej za preopterećenje – prekidač ............................................................... 25 Slika 3.14 Jednopolna shema i valni oblici napona i struje pri prekidu kratkog spoja kaskade osigurača ................................................................. 26 Slika 3.15 Podešavanje kombinacije prekidač - osigurač ................................ 27 Slika 3.16 Karakteristike propuštanja struje minijaturnog prekidača sa pomoćnim osiguračem .................................................................... 28 Slika 4.1 Primjer zamkaste mreže napajane s više SN vodova...................... 33 Slika 5.1 Podešavanje karakteristika prekidača i osigurača u svrhu postizanja selektivnosti ..................................................................................... 38 Slika 5.2 Kaskada strujno stupnjevanih prekidača .......................................... 41 Slika 5.3 Strujno stupnjevan nadstrujni zaštitni sustav .................................... 42 ix

Slika 5.4 Zaštitni sustav sa usmjerenim zaštitnim uređajima........................... 43 Slika 5.5 Selektivnost dvaju serijski povezanih osigurača ............................... 44 Slika 5.6 Selektivnost bazirana na strujnom stupnjevanju između dva serijski spojena prekidača ........................................................................... 45 Slika 5.7 Vremensko stupnjevanje prekidača u kaskadi .................................. 47 Slika 5.8 Selektivnost triju serijski povezanih prekidača .................................. 48 Slika 5.9 Dinamička kontrola vremenske zadrške ........................................... 49 Slika 5.10 Selektivno djelovanje prekidača i donjeg osigurača ....................... 50 Slika 5.11 Selektivno djelovanje osigurača i donjeg prekidača ....................... 51 Slika 5.12 Zaštita dva transformatora istih karakteristika u paraleli ................. 52 Slika 5.13 Zaštita tri transformatora istih karakteristika u paraleli.................... 53 Slika 5.14 Rezultantne vrijednosti napona prilikom kratkog spoja ................... 54 Slika 5.15 Granica selektivnosti ilustrirana okidnim karakteristikama dvaju prekidača spojenih u seriji ............................................................... 57 Slika 5.16 Konfiguracija mreže koju štite osigurači u čvorištima ..................... 58 Slika 5.17 Konfiguracija mreže sa usmjerenim prekidačima i međusobnom komunikacijom ................................................................................ 59 Slika 5.18 Kvar na sabirnici B1 - prorada Q1, Q3 i Q4, blokiranje Q2 ............. 59 Slika 5.19 Kvar na motoru M - prorada Q4, blokiranje Q1, Q2 i Q3 ................ 60 Slika 5.20 Kvar na transformatoru T1 - prorada Q1, blokiranje Q2, Q3 i Q4 ... 61 Slika 5.21 Kvar na sabirnici B2 - prorada Q2 i Q3, blokiranje Q1 i Q4 ............ 61 Slika 5.22 Kvar na trošilu Z - prorada Q5, blokiranje Q1, Q2, Q3 i Q4 ............ 62 Slika 5.23 Kvar na transformatoru T2 - prorada Q2, blokiranje Q1, Q3 i Q4 ... 62 Slika 6.1 Blok shema niskonaponske mreže ................................................... 64 Slika 6.2 Jednopolna shema modela mreže u programu SIMARIS 4.1 ........... 80 Slika 6.3 Jednopolna shema transformatorske stanice ................................... 81 Slika 6.4 Jednopolna shema polja javne rasvjete ............................................ 82 x

Slika 6.5 Jednopolna shema instalacija zgrade............................................... 83 Slika 6.6 Jednopolna shema instalacija kuća .................................................. 84 Slika 6.7 Područje zaštitnog sustava od SN strane do grupe trošila Z1-RS1.1 95 Slika 6.8 Selektivnost nadstrujne zaštite transformatorske stanice ................. 96 Slika 6.9 Selektivnost zaštite NN grupe 1 vodnog polja .................................. 96 Slika 6.10 Selektivnost nadstrujne zaštite glavnog razvoda zgrade 1 ............. 97 Slika 6.11 Selektivnost nadstrujne zaštite etažnog razvoda 1 zgrade 1 .......... 98 Slika 6.12 Selektivnost nadstrujne zaštite razvodnika stana 1 zgrade 1 ......... 98 Slika 6.13 Selektivnost nadstrujne zaštite grupe trošila 1 stana 1 zgrade 1 .... 99 Slika 6.14 Procjena selektivnosti u programu SIMARIS DESIGN 4.1 ............100

xi

Popis tablica Tablica 3.1 Podjela osigurača u funkcijske i pogonske razrede ........................ 8 Tablica 3.2 Funkcije releja i okidača ............................................................... 10 Tablica 3.3 Karakteristične veličine za okidače prema normi IEC 60947-2 ..... 13 Tablica 3.4 Opseg proradnih struja okidača za zaštitu od kratkog spoja ......... 14 Tablica 3.5 Nazivne prekidne moći minijaturnih prekidača prema normi IEC 60898 ............................................................................................ 15 Tablica 3.6 Usporedba kombinacija zaštitnih uređaja sa osiguračima ............ 29 Tablica 3.7 Usporedba kombinacija zaštitnih uređaja bez osigurača .............. 30 Tablica 4.1 Nadstrujna zaštitna oprema za vodiče i njima pripadne norme..... 34 Tablica 5.1 Selektivnost dva serijski spojena MCCB prekidača ...................... 55 Tablica 6.1 Tehnički podaci transformatora..................................................... 73 Tablica 6.2 Snaga kondenzatorske baterije .................................................... 76 Tablica 6.3 Osigurači odabrani s obzirom na nazivni napon transformatora ... 77 Tablica 6.4 Spojni vodovi transformatora i dovodnog polja ............................. 78 Tablica 6.5 Mrežni parametri srednjeg napona ............................................... 87 Tablica 6.6 Mrežni parametri niskog napona................................................... 87 Tablica 6.7 Natpisna pločica transformatora ................................................... 88 Tablica 6.8 SN prekidač .................................................................................. 88 Tablica 6.9 Osigurači rastavljači...................................................................... 88 Tablica 6.10 Minijaturni prekidač ..................................................................... 89 Tablica 6.11 Osigurači sa postoljima ............................................................... 90 Tablica 6.12 SN kabel ..................................................................................... 91 Tablica 6.13 NN kabeli i vodiči ........................................................................ 91 Tablica 6.14 Promjenljivi teret ......................................................................... 93

xii

Uvod

1. Uvod Velike struje kratkog spoja ili preopterećenja mogu izazvati dinamička i termička naprezanja koja mogu dovesti do posljedica: oštećenja pojedinih elemenata mreže, požara pa i ozljeda ili smrti osoba koji su prisutni u prostoru zahvaćenom kvarom. Kako bi se zaštitila oprema od posljedica navedenih struja upotrebljavaju se uređaji koji čine nadstrujnu zaštitu. Nadstrujna zaštita je podijeljena u tri kategorije: zaštita od preopterećenja, od kratkog spoja te od porasta temperature. Nadstrujnu zaštitu čini niz zaštitnih uređaja povezanih u jednu cjelinu. Ti uređaji su sklopni aparati. Sklopni aparati se mogu podijeliti u tri osnovne skupine. To su osigurači, prekidači i sklopnici sa pomoćnim relejima. Njihovo djelovanje može se razmatrati pojedinačno ako se radi o krajnjim odsjecima trošila ili kao sustav, kada imamo više odsjeka sa međusobno povezanim zaštitnim uređajima. Kako bi se osigurao željeni rad više zaštitnih uređaja u jednoj cjelini potrebno ih je prilagoditi. Ako rad je zaštitnih uređaja prilagođen tako da bi pri kvaru reagirali samo uređaji u najbliži mjestu kvara, dok bi uređaji iza njih ostali u mirovanju, odnosno da je sustav u cjelini sposoban otkriti kvar i izolirati ga od ostatka mreže, takvo djelovanje zaštitnih uređaja nazivamo selektivnim djelovanjem. U nastavku će biti objašnjene vrste nadstrujnih zaštita, zaštitni uređaji i njihove funkcije, te selektivno djelovanje istih, a potom će na praktičnom primjeru biti objašnjeno

selektivno

djelovanje

zaštitnih

uređaja

na

određenom

dijelu

niskonaponske mreže.

1

Općenito o nadstrujnoj zaštiti u niskonaponskim mrežama

2. Općenito o nadstrujnoj zaštiti u niskonaponskim mrežama Nadstrujnu zaštitu možemo podijeliti u tri skupine: - zaštita od preopterećenja, - zaštita od posljedica kratkog spoja, - zaštita od neželjenog porasta temperature. Zaštita od preopterećenja je zapravo zaštita izvedena strujno ovisnim relejima sa elektroničkom ili termičkom vremenskom zadrškom i pripadnim sklopnim uređajima [1]. Zaštita

od

posljedica

kratkog

spoja

najčešće

realizirana

brzim

elektromagnetskim ili elektroničkim okidačima i pripadnim sklopnim uređajima ili osiguračima. U slučaju selektivne zaštite koriste se elektromagnetski ili elektronički releji sa kratkotrajnim vremenskim zatezanjima i pripadnim sklopnim uređajima ili osigurači odgovarajućih karakteristika. Zaštita od neželjenog porasta temperature te direktna zaštita izvedena najčešće termostatom i pripadnim sklopnim uređajem.

2.1. Zaštita od preopterećenja Preopterećenje nastupa kada komponente nekog postrojenja trpe prisutnost većih pogonskih struja prevelikog vremenskog trajanja ili ako je oprema, npr. motori i/ili kabeli, krivo dimenzionirana. Ove struje preopterećenja podižu temperaturu namota i kabela iznad dozvoljene te tako skraćuju životni vijek njihovih izolacija. Što je struja preopterećenja veća to se brže dostiže dozvoljena temperatura i time skraćuje dopušteno vrijeme pod tim opterećenjem. Krivulja dopuštenog opterećenja dobiva se unošenjem dozvoljenih vremena opterećenja u vremensko-strujni dijagram. Zadatak zaštite od preopterećenja je da dopusti protok struje preopterećenja kroz dozvoljeno vrijeme, ali i da prekine protok iste ukoliko se dozvoljeno vrijeme takvog preopterećenja premaši. [1]

2

Općenito o nadstrujnoj zaštiti u niskonaponskim mrežama

2.2. Zaštita od posljedica kratkog spoja Kratki spojevi mogu biti uzrokovani oštećenjem izolacije, kvarom na opremi ili pogrešnim sklopnim manevrima. Kratki spoj uglavnom je ostvaren električnim lukom. Električni luk kratkog spoja može uništiti opremu i ugroziti osoblje u svojoj blizini. Struja kratkog spoja najčešće napreže kabele i opremu postrojenja kojom prolazi. Ova naprezanja su termičke i mehaničke prirode. Zadatak zaštite od posljedica kratkog spoja je da ograniči opasne posljedice nastale kratkim spojem što je više moguće, što znači da zamijećene struje nastale kratkim spojem budu prekinute u milisekundama.[1]

2.3. Zaštita od neželjenog porasta temperature Za razliku od zaštite od preopterećenja, zaštita od neželjenog porasta temperature djeluje direktno promjenom temperature unutar opreme pomoću termostata i pripadnog sklopnog uređaja. Zadatak zaštite od neželjenog porasta temperature je da dozvoli pojavljivanje porasta temperature u normalnim pogonskim uvjetima, ali ukoliko taj porast dođe do dopuštene temperature, vrši se postupak isključivanja uređaja. Prije tog postupka može se ugraditi i alarmni uređaj koji upozorava na rizično povišenje temperature kako bi se unaprijed poduzele preventivne mjere u svrhu izbjegavanja termičkog preopterećenja.[1]

2.4. Zahtjevi za nadstrujnu zaštitu Osnovni zahtjevi za nadstrujnu zaštitu su brzina, pouzdanost i selektivnost. Brzina uklanjanja struja kratkog spoja ili preopterećenja važna je zbog termičkog i mehaničkog naprezanja pojedinih komponenti. Od sustava zaštite zahtjeva se da je što pouzdaniji kako bi se pravovremenim uklanjanjem kvara smanjila mogućnost štete. Selektivnost je važna kako bi se omogućila samo izolacija kvara iz mreže, kako bi se izbjegao prekid isporuke djelu mreže koji nije zahvaćen kvarom.

3

Nadstrujni zaštitni uređaji

3. Nadstrujni zaštitni uređaji Sklopni aparati niskog napona služe za sklopne operacije u glavnim i pomoćnim krugovima. Njihova primjena se najčešće nalazi u niskonaponskim industrijskim i distribucijskim postrojenjima i uređajima [2]. Prema namjeni mogu se podijeliti na upravljačke i zaštitne. Nadstrujni zaštitni uređaji su sklopni aparati koji služe za zaštitu vodova, kabela, postrojenja i uređaja od preopterećenja, posljedica kratkog spoja te neželjenog pregrijavanja. Osnovna podjela nadstrujnih zaštitnih uređaja je na osigurače i prekidače.

3.1. Niskonaponski osigurači Niskonaponski osigurači su uređaji koji služe za zaštitu od posljedica kratkog spoja i nedozvoljenih preopterećenja vodova, kabela, sklopnih postrojenja te različitih trošila [2]. To su sklopni aparati koji samostalno prekida strujni krug taljenjem posebno dimenzioniranog vodljivog dijela (rastalnice) uzrokovanog termičkim djelovanjem električne struje, dakle vodljivi element se rastali prolaskom struje određene struje dovoljno velikim vremenskim intervalom. Zbog tog svojstva osigurač služi kao nadstrujni zaštitni uređaj. Funkcionalne osobine osigurača odnosno njegovo ponašanje uslijed prolaska određene struje određenim vremenskim intervalom,

prikazane su

rastalnom karakteristikom odnosno

karakteristikom struja-vrijeme.

3.1.1. Rastalna karakteristika Vrijeme taljenja vodljivog dijela osigurača je prikazano kao funkcija struje u vremensko-strujnom dijagramu sa logaritamskom skalom. Vremensko-strujna rastalna karakteristika leži između dvije asimptote. Prva (vertikalna) je minimalna struja taljenja koja uzrokuje taljenje rastalnog elementa osigurača, dok je druga asimptota ona koja prikazuje toplinu nastalu prolaskom struje (I2⋅t), bazirana na strujama kratkog spoja, odnosno toplinu potrebnu za taljenje rastalnog elementa (slika 3.1). Pozicija karakteristike je određena uglavnom prijelazom topline iz rastalnog elementa osigurača u okolinu [1].

4


Rastalna karakteristika i karakteristika ukupnog trajanja prekidanja su do oko 20⋅In jednake, dok se razdvajaju kod viših struja kratkog spoja. Razlika je zbog pratećeg vremena gašenja luka, uglavnom ovisno o radnom naponu i vrijednosti moguće struje kratkog spoja.

109

Imax gornja granična struja taljenja Imin donja granična struja taljenja

105

I2t krivulja krivulja ukupnog trajanja prekidanja

101

10-3 101

102

103

104

Struja I [A]

Slika 3.1 Vremensko strujna rastalna karakteristika osigurača1

3.1.2. Ograničavanje struje Ukoliko dođe do velikih struja kratkog spoja, vodljivi element osigurača bi se mogao rastaliti prije nego što ta struja dosegne tjemenu vrijednost [1]. To je prednost osigurača jer u tom slučaju se smanjuju termička naprezanja elemenata iza osigurača. Najviša trenutna vrijednost struje koja se dostiže tijekom prekida je poznata pod nazivom odrezana struja iD. Na slici 3.2 je prikaza karakteristika rezanja struje gdje su Ik vrijednost struje kratkog spoja, In nazivna struja osigurača, iD odrezana struja, ip tjemena vrijednost struje kratkog spoja. Strelica a prikazuje područje bez ograničavanja struje, a strelica b područje sa ograničavanjem struje.

1

vrijednosti preuzete iz literature [5] 5


Slika 3.2 Krivulja rezanja osigurača2 Na slici 3.3 prikazan je valni oblik struje osigurača koji ograničava struju kratkog spoja. Tu se vidi da je odrezana struja iD manja od tjemene vrijednosti struje kratkog spoja ip, dakle ograničavanje struje je učinkovito ako linija iD presijeca krivulju struje kratkog spoja Ik prije nego što ta struja dosegne tjemenu vrijednost ip.

Slika 3.3 Valni oblici napona i struje pri prekidu kratkog spoja ograničavanjem struje osiguračem

2

dio karakteristike preuzet iz literature [12] 6


3.1.3. Prekidna moć osigurača Prekidna moć osigurača je najveća efektivna vrijednost struje koju osigurač u određenim propisanim uvjetima

može isklopiti. Vrijednost prekidne moći

visokoučinskog osigurača mogu biti i reda veličine 100 kA, dakle, osigurači su elementi koji su sposobni prekinuti vrlo velike struje kratkog spoja sa vrlo učinkovitim gašenjem luka. Ako imaju dobru sposobnost rezanja struje, tada im je i prekidna moć veća. Efektivno ograničavanje struje te velika prekidna moć su karakteristike koje osigurače prikazuju kao elemente koji su neophodni u formiranju nadstrujne zaštite. Na slici 3.4 prikazani su uložak i podnožje osigurača velike prekidne moći sa označenim osnovnim dijelovima.

Slika 3.4 Niskonaponski visokoučinski osigurač (podnožje i uložak)

3.1.4. Osnovna podjela niskonaponskih osigurača Niskonaponski osigurači podijeljeni su prema području primjene, izvedbi, te prema njihovim radnim karakteristikama u funkcijske i pogonske razrede. 7


Prema području primjene dijele se na: •

instalacijske osigurače

•

osigurače velike prekidne moći ili visokoučinske osigurače (NH, NVO)

Funkcijski razred određuje u kojem se strujnom području rastalni element osigurača mora rastaliti. Podjela u funkcijske i pogonske razrede prikazana je na tablicom 3.1. Tablica 3.1 Podjela osigurača u funkcijske i pogonske razrede Funkcijski

Kontinuirano

razred

vođenje struje

Struja taljenja

Pogonski

Štićeni

razred

elementi

Osigurači opće namjene (sva područja rada) g

In

≥Imin

gG

vodovi, kabeli

gR

poluvodički uređaji

Osigurači za pojedina područja a

In

>4⋅In

aM

sklopni aparati

≥2,7⋅In

aR

poluvodički uređaji

Funkcijski razred g (osigurači opće namjene), sadrži široko područje osigurača. Osigurači tog razreda mogu provoditi struju od minimalne do nazivne vrijednosti, te prekinuti od najmanje struje taljenja do prekidne moći osigurača. Osigurači ovog razreda namijenjeni su zaštiti od kratkog spoja i zaštiti od preopterećenja. Funkcijski razred a (osigurači za pojedina područja), sadrži široko područje osigurača. Osigurači tog razreda mogu provoditi struju od minimalne do nazivne vrijednosti, te prekinuti struje i do nekoliko puta veće od nazivne struje osigurača. Ovi osigurači koriste se samo kod zaštite od kratkog spoja.

8


3.2. Niskonaponski prekidači Niskonaponski prekidači su automatski sklopni aparati koji služe za zaštitu uređaja i vodova od kratkog spoja [2]. Najšira primjena im je za zaštitu generatora, transformatora, vodova i elektromotora. Ovisno o izvedbi opremljeni su različitim proradnim elementima odnosno okidačima. Okidači mogu biti direktno u dodiru sa strujom kratkog spoja ili preopterećenja, dakle izveden interno u kućištu prekidača, no mogu biti izvedeni kao posebni moduli vezani uz glavnu jedinicu, ali tada

Vrijeme t [s]

moraju primati vanjski signal za proradu sa releja ili drugih sklopnih uređaja [5].

102

strujno ovisno dugotrajno kašnjenje strujno neovisno dugotrajno kašnjenje

101 1 10-1

strujno neovisno kratkotrajno kašnjenje

10-2

trenutno prekidanje

10-3 101

102

103

104

Struja i [A]

Slika 3.5 Vremensko strujna karakteristika prekidača

3.2.1. Prekidna moć niskonaponskih prekidača Nazivna kratkospojna prekidna moć i nazivna kratkospojna uklopna moć prekidača mora biti jednaka simetričnoj komponenti početne struje kratkog spoja Ik“ koja bi se mogla pojaviti na mjestu ugradnje. Ako to nije slučaj potrebno je ugraditi pomoćne osigurače [1]. Maksimalne dopuštene vrijednosti nazivnih struja pomoćnih osigurača za svaki prekidač dane su u katalogu proizvođača tih prekidača.

9


Tablica 3.2 Funkcije releja i okidača Funkcija

Zaštita od preopterećenja

Zaštita od posljedica kratkog spoja

Okidači

Releji

Strujno ovisni termički,

Strujno ovisni termički ili

elektromagnetski ili

elektronički releji za struje

elektronički okidači za

preopterećenja

struje preopterećenja

Termički releji

Brzi elektromagnetski ili elektronički nadstrujni okidači

Brzi elektromagnetski nadstrujni releji

Nadstrujni Selektivna zaštita od kratkog spoja

elektromagnetski ili elektronički okidači sa vremenskom zadrškom

3.2.2. Tjemene vrijednosti i vremenska zadrška podnosive struje U sustavima zaštite od kojih se zahtijeva da budu selektivne koriste se prekidači koji mogu podnijeti tjemene vrijednosti struje kratkog spoja ip sa određenom vremenskom zadrškom bez negativnih utjecaja te struje. Nakon isteka zadane vremenske zadrške, taj prekidač mora prekinuti struju kratkog spoja koju je do tad provodio, ukoliko niži prekidač nije isklopio kvar. Tjemene vrijednosti struja koje određeni prekidač može podnijeti te trajanja vremenske zadrške dani su u katalogu proizvođača. Te vrijednosti prikazane su tablicom i karakteristikom vrijeme-struja, te tako prikazane se koriste kod koordinacije sustava zaštite.

10


gornja priključnica polupropusni sloj izolacijski sloj lučna komora

fiksni kontakt pokretni kontakt

poluga za ručno prekidanje ili resetiranje termo magnetska jedinica termički okidač

magnetski okidač

donja priključnica

Slika 3.6 Niskonaponski prekidač sa termo-magnetskim okidačem

3.2.3. Okidači Okidači su uređaji koji su mehanički povezani sa zapornim mehanizmom prekidača i služe za okidanje zapornog mehanizma ili nedopuštanje njegovog otvaranja ili zatvaranja [3]. Ovisno o primjeni prekidača, postoje: •

nadstrujni okidači (brzi, sa strujno ovisnom vremenskom zadrškom, sa strujno neovisnom vremenskom zadrškom)

•

podnaponski i nulnaponski okidači

•

shunt okidači 11


Za zaštitu od preopterećenja i kratkog spoja najčešće se koriste nadstrujni okidači. Za nadstrujne prekidače okidači pri prekoračenju dozvoljene granice struje ili napona, primjenom male snage, mehanički okinu zaporni mehanizam prekidača i time ga postavljaju u otvoreni položaj odnosno prekidaju strujni krug. Mogu biti brzi ili usporeni, sa ili bez vremenske zadrške. Postoje elektromagnetski, termički i elektronički okidači koji su ugrađeni u kućište prekidača. Elektromagnetski okidači imaju magnetski krug koji se sastoji od jezgre i kotve koji obuhvata vodič, te kad je magnetsko polje dovoljno jako kotva mehanički aktivira zaporni mehanizam. Služe za zaštitu od kratkog spoja i preopterećenja. Termički okidači se najčešće izvode s bimetalom, gdje se bimetal prolaskom struje savija te tako aktivira zaporni mehanizam. Njima se štite motori do ograničene učestalosti sklapanja (do 25 sklapanja na sat) [2]. Elektronički okidači djeluju posredstvom strujnog transformatora čiji je sekundarni namot priključen na otpornik na kojem pad napona preko elektroničkih sklopova djeluje na elektromagnet koji služi za okidanje zapornog mehanizma. Oni nalaze široku primjenu u zaštitnim sustavima, pogotovo kod selektivne zaštite jer imaju mogućnost regulacije vremenske zadrške u širokim granicama. Podnaponski okidači mogu registrirati pad napona te aktivirati zaporni mehanizam. Da bi podnaponski okidač aktivirao prekidač potrebno je da napon napajanja Uc padne na vrijednost između 0,35% i 0,7% nazivnoga napona Us. Nulnaponski okidači služi za okidanje prekidača prilikom zemljospoja. Kod zemljospoja dolazi do pada napona kvarne faze prema zemlji, te do porasta napona zdravih faza prema zemlji. Pri tome se pojavljuje nulti napon mreže čija je veličina obrnuto proporcionalna vrijednosti prijelaznog otpora na mjestu kvara. Podnaponski i nulnaponski okidači najčešće su izvedeni kao vanjski moduli koji se vanjski spajaju s prekidačem.

12


Tablica 3.3 Karakteristične veličine za okidače prema normi IEC 60947-2 Vrsta okidača

Nadstrujni

Shunt i podnaponski

Karakteristične vrijednosti -

nazivna struja

-

vrsta struje

-

frekvencija

-

strujno podešenje

-

vremensko podešenje

-

kontrolni napon Uc

-

vrsta struje

-

frekvencija

3.2.3.1. Okidači koji služe za zaštitu od preopterećenja Termički ili elektronički okidači za preopterećenje mogu biti podešavajući u određenom strujnom opsegu, no mogu biti postavljeni i na fiksnu vrijednost struje. Podešavanje je najčešće ostvareno vijkom za podešenje, polugom za upravljanje ili stupnjevanom sklopkom. Proradna karakteristika najčešće je fiksna ili minimalno pomaknuta na vremenskoj osi sa podešavanjem proradne struje Ir. Elektroničkim okidačima za preopterećenje vrijeme prorade se može podešavati za struje do 6⋅Ir. [1] Termički okidači za preopterećenje prema podešenju se mogu podijeliti u dva tipa: •

podešeni strujom koja odgovara nazivnoj struji štićenog uređaja (najčešće se koristi),

•

podešeni strujom koja odgovara graničnoj radnoj struji. [3]

13


3.2.3.2. Okidači za zaštitu od kratkog spoja Elektromagnetski okidači za zaštitu od kratkog spoja također mogu biti ili fiksni ili podesivi, dok su elektronički okidači izvedeni samo kao podesivi. Pregled opsega proradnih struja okidača za zaštitu od kratkog spoja dan je u tablici 3.4. Tablica 3.4 Opseg proradnih struja okidača za zaštitu od kratkog spoja Uređaj koji se koristi za prekid struje kratkog spoja Prekidač za zaštitu generatora

Vremenska ovisnost

vremenskom

višekratnicima postavljene struje Ir

3Ir do 6Ir

zadrškom Brzi

kabela

motora

okidača za preopterećenje u

Brzi ili sa

Prekidač za zaštitu

Prekidač za zaštitu

Opseg proradnih struja strujno ovisnih

6Ir do 12Ir

Brzi ili sa vremenskom

8 Ir do 15 Ir

zadrškom

3.2.4. Minijaturni prekidači Minijaturni (instalacijski) prekidači koriste se za zaštitu kabela i vodiča u električnim instalacijama i distribucijskim sustavima od preopterećenja i kratkog spoja. U TN i TT sustavu uzemljenja sa isklapanjem pomoću zaštitnih uređaja za opterećenje, minijaturni prekidači uspješno sprečavaju kontinuirano nastajanje previsokih napona dodira u slučaju kvara. Koriste se u industrijskim okruženjima, distribucijskim sustavima velikih zgrada za zaštitu manjih potrošača i instalacija [1]. Zbog svoje veličine praktične primjene su sve više i u domaćinstvima odnosno za kućne instalacije. Prekidači koji se koriste za zaštitu vodiča imaju fiksne okidače za preopterećenje za svaku nazivnu struju, što nije pogodno za zaštitu motora. Kako se ne mogu podešavati, od njih se ne može postići karakteristika koja može pratiti 14


ponašanje motora. Zbog toga se oni mogu koristiti samo kod trošila i motora koji ne zahtijevaju posebna podešenja zaštite. Nazivne prekidne moći minijaturnih prekidača propisana je normom IEC 60898 i dane su u tablici 3.5. Tablica 3.5 Nazivne prekidne moći minijaturnih prekidača prema normi IEC 60898 Nazivna prekidna moć [A]

1500

3000

4000

6000

10000

Definiranje zaštite vodiča u uvjetima kratkog spoja i za poštivanje selektivnosti pomoćnih osigurača minijaturni prekidači izrađeni su sa različitim karakteristikama

Vrijeme t [min]

Vrijeme t [min]

Vrijeme t [s]

Vrijeme t [s]

Vrijeme t [s]

Vrijeme t [min]

koje su propisane normom IEC 60898.

Slika 3.7 Karakteristike minijaturnih prekidača 3

3

karakteristike su preuzete iz literature [16] 15


Prekidači sa B, C i D karakteristikom primjenjuju se za zaštitu instalacijskih vodiča, sve imaju istu karakteristiku termičkog, ali različitu magnetskog okidača. Viša magnetska podešenja C i D karakteristike koriste se za startne ili brzo nadolazeće struje. Za zaštitu kabela i uređaja koriste se prekidači sa K karakteristikom. Nazivne struje ovih prekidača su od 0,2 A do 63 A. Zaštita motora može se ostvariti odabirom minijaturnih prekidača sa nazivnim podacima koji odgovaraju onima sa nazivne pločice motora. Tada je elektromagnetski okidač postavljen tako da neće okinuti pri pojavi većih struja prilikom startanja motora. Uređaji sa poluvodičkim sklopovima i naponski transformatori štite se prekidačima koji imaju Z karakteristiku radi brzine djelovanja na povećanje struje [16].

3.3. Niskonaponski releji Releji su niskonaponski pomoćni sklopni aparati koji reagiraju na neku električnu veličinu (struju, napon, snagu) i pri određenoj vrijednosti te veličine automatski otvaraju ili zatvaraju svoje kontakte. S obzirom na vrijeme djelovanja releji se mogu podijeliti: •

pomoćni releji koji postanu aktivni (promjene stanje iz mirnog u radno) i tako dugo su aktivni dok je pogonska vrijednost veća od njegove proradne vrijednosti, a nakon što vrijednost padne ispod te vrijednosti postanu neaktivni (stanje se vrati iz radnog u mirno).

•

vremenski releji sa zadrškom uklopa koji, nakon što vrijednost pogonske veličine poraste iznad proradne vrijednosti ne izvrše promjenu stanja, nego čekaju da prođe vrijeme koje je namješteno na releju i ako je vrijednost pogonske veličine i nakon tog vremena iznad proradne vrijednosti konačno izvrše promjenu stanja. Nakon što pogonska vrijednost padne ispod proradne vrijednosti, relej se trenutno vraća u neaktivno stanje.

16


•

vremenski releji sa zadrškom isklopa koji nakon što vrijednost pogonske veličine poraste iznad proradne vrijednosti trenutno izvrše promjenu stanja, a nakon što pogonska vrijednost padne ispod proradne ne vrate se trenutno u neaktivno stanje nego čekaju da prođe vrijeme koje je namješteno na releju i ako je pogonska vrijednost i nakon tog vremena ispod proradne vrijednosti konačno izvrše promjenu stanja u neaktivno stanje.

Relejni kontakti dijele se prema stanju u neaktivnom (mirnom) stanju releja na: •

normalno otvorene kontakte (radne) - NO

•

normalno zatvorene kontakte (mirne) - NC.

Releji mogu imati jedan, dva ili više NO i NC kontakata. Za otvaranje i zatvaranje kontakata sklopna vremena prikazana su na slici 3.8, gdje je totv vrijeme otvaranja kontakata, a tzatv vrijeme zatvaranja kontakata.

Slika 3.8 Sklopna vremena otvaranja i zatvaranje kontakata Najčešće su u upotrebi releji osjetljivi na napon i struju, pri čemu se naponski obično koriste kao pomoćni upravljački, signalizacijski i zaštitni releji, a strujni kao zaštitni releji od preopterećenja i kratkih spojeva. Princip konstrukcije releja osjetljivih na struju je isti kao i kod okidača, međutim razlika je u tome što releji umjesto mehaničkog elementa za pokretanje zapornog 17


mehanizma imaju električni kontakt, njime šalju električni signal za isklop sklopnika ili proradu okidača koji pokreće zaporni mehanizam prekidača.

3.3.1. Releji za preopterećenje Releji za preopterećenje se koriste za zaštitu električne opreme, kao što su trofazni motori i transformatori. Služe za zaštitu spomenutih uređaja od pregrijavanja. Princip djelovanja je motrenje povećanja struje uslijed pregrijavanja. Pregrijavanje

je

uzrokovano

povećanjem

prolaska

struje

kroz

uređaj.

Transformatori se pregrijavaju pri konzumu potrošača koji je veći od njegovog nazivnog opterećenja. Motori se mogu pregrijavati u slučaju mehaničkog preopterećenja na osovini, uslijed blokiranja rotora, te zbog asimetričnog napajanja. Asimetrično napajanje može nastati zbog asimetričnih trošila ili gubitka faze u mreži. Kako sva pregrijavanja uzrokuju uzimanje veće struje iz mreže, releji za preopterećenje mogu na taj ga način registrirati i vršiti zaštitnu funkciju, dakle releji za preopterećenje su strujno ovisni zaštitni uređaji. Vremensko strujna proradna karakteristika najčešće je postignuta bimetalom, rastalnim materijalom ili elektronički. 3.3.1.1. Bimetalni releji za preopterećenje Releji koji rade na principu bimetala, imaju tri bimetalne trake koje se indirektno zagrijavaju strujom koja prolazi kroz namotaje motora. Za veće struje za zagrijavanje bimetala koriste se strujni transformatori, čime se smanjuju gubici i povećava strujna podnosivost. Princip rada je sljedeći: pri prolasku struje kroz strujni transformator, bimetalna traka se zagrijava i pomiče proradnu letvu, proradna letva upravlja sa proradnom polugom koja okretom pokreće mehanizam za promjenu stanja kontakata. Releji za preopterećenje imaju izbočinu ili polugu kojom se željena struja prorade Ir može skokovito podešavati u određenom opsegu. Pokazivač mora biti linearan sa skalom izbočine ili poluge, ovisno što se koristi kod podešavanja. Takva izvedba omogućava podešavanje releja za različite termičke uvijete. Nakon prorade bimetalnim relejima je potrebno određeno vrijeme da se ohlade kako bi se mogli resetirati. To vrijeme se naziva vrijeme oporavka. Stvarno vrijeme oporavka ovisi o vrijednosti struje preopterećenja koja je uzrokovala okidanje i o 18


vremensko-strujnoj karakteristici. Vremena oporavka se mogu vidjeti iz dijagrama koji se nalazi u katalogu proizvođača. Vrijeme oporavka dovodi to zaustavljanja rada što odgovara motoru zbog potrebe za hlađenjem nakon preopterećenja. To vrijeme nije uvijek dovoljno za hlađenje motora. Vrijeme hlađenja ovisi o samom motoru, vanjskim uvjetima te njegovim zahtjevima. U tom slučaju na relej mora biti ugrađena opcija za ručno resetiranje koje ne dozvoljava automatsko resetiranje nakon vremena oporavka. Vremensko-strujne karakteristike daju odnos vremena sa strujom prorade Ir. Prikazano je nekoliko funkcija na istom grafu, ovisno o primjeni, radi li se o simetričnom trofaznom pokretanju iz hladnog stanja, ili dvofaznom pokretanju sa ili bez detekcije gubitka faze. Tropolni relej se može koristiti i za zaštitu monofaznih i istosmjernih motora, samo se sva tri bimetala moraju spojiti na napajanje. Okidna karakteristika releja za preopterećenje bazirana je na pretpostavci se sva tri bimetala zagrijavaju simultano istom strujom. Ako je jedna faza prekinuta tada se zagrijavaju samo dva bimetala, te oni sami moraju savladati silu koja pokreće zaporni mehanizam. To zahtijeva više vremena i veću struju pa je karakteristika pomaknuta udesno. Motor može trpjeti štetu ako se pogoni sa tom strujom. Kako bi se osigurala adekvatna zaštita pri asimetričnom napajanju releji za preopterećenje moraju biti osjetljivi na gubitak faze [1]. 3.3.1.2. Elektronički releji za preopterećenje Elektronički releji su uređaji kod kojih se mjeri struja napajanja svake faze preko strujnih transformatora. Sekundarne struje su konvertirane na proporcionalni napon. Takav napon ispravljen i ispeglan ide na ulaze mikroprocesora odnosno na njegov A/D pretvornik. Zatim se dobiven digitalni signal obrađuje zadanim programom, te program u skladu sa dobivenim rezultatima (ovisno je li nastupilo preopterećenje) šalje ili ne šalje na izlaz impuls. Vrijeme oporavka je izvedeno je tvornički tako da dopusti minimalni period hlađenja motora nakon prorade, ali se može mijenjati promjenom vrijednosti u programu ovisno o potrebama hlađena štićenog motora.

19


3.4. Termometarski zaštitni uređaji Za razliku od releja za preopterećenje koje reagira na struju napajanja i uzrokuju isklop u slučaju prolaska prevelike struje, termometarski zaštitni uređaj mjeri temperaturu štićenog uređaja, odnosno njegov dio koji je sklon pregrijavanju, npr. namot, termometrom postavljenim uz njega. Za zaštitu uglavnom koriste PTC i NTC termometri.

3.4.1. PTC zaštitni uređaji PTC termometri su poluvodički elementi koji imaju pozitivan koeficijent otpor / temperatura. Pri promjeni temperature za 10 K, njegov otpor poveća preko 10 puta. S obzirom na takvu karakteristiku ovi elementi se koriste za serije motora kojima su poznate termičke karakteristike i kojima je poznato dozvoljeno temperaturno opterećenje. Najčešće se postavljaju na statorske namote na svaku fazu po jedan. Termometri se odabiru prema nazivnim radnim temperaturama

Otpor R [ ]

(NRT), klasama izolacije i tipu konstrukcije motora.

4000 x1

1650 1350

x2

750 550

250

NRT– nazivna radna temperatura x1 – područje okidanja x2 – područje resetiranja R – otpor detektorskog kruga – temperatura

20

-20

NRT-20 NRT NRT+15 NRT-5 NRT+5 Temperatura

[°C]

Slika 3.9 Karakteristika PTC termometra4

4

Vrijednosti karakteristike preuzeti su iz literature [1] 20


Neki tipovi komercijalnih PTC termometara izrađeni su: •

sa jednim detektorskim krugom i automatskim resetiranjem,

•

sa jednim detektorskim krugom, ručnim resetiranjem i testnom funkcijom,

•

sa jednim detektorskim krugom, ručnim i automatskim daljinskim resetiranjem, testnom funkcijom i detekcijom struja kratkog spoja u detektorskom krugu,

•

sa dva detektorska kruga (alarmnim i okidnim), sa ručnim i automatskim daljinskim resetiranjem i testnom funkcijom,

•

sa šest detektorskih krugova, sa ručnim resetiranjem, testnom funkcijom i optičkim pokazivačem okidanja za zaštitu više motora [1], itd...

3.4.2. NTC zaštitni uređaji NTC termometri su poluvodički elementi koji imaju negativan koeficijent otpor / temperatura. Koriste se kod motora kod kojih je nepoznata temperaturna karakteristika i nije potrebno precizno podešavanje jer je karakteristika manjeg nagiba od karakteristike PTC termometra. Okidna jedinica radi na dvije radne temperature, jedna za alarmiranje i druga za okidanje zapornog mehanizma.

3.5. Kombinirani sklopni zaštitni uređaji Svi sklopni uređaji kojima je prekidna moć manja nego moguća struja kratkog spoja, moraju imati ugrađen dodatni zaštitni uređaj koji štiti njih tih struja. Zaštitni uređaj koji štiti drugi sklopni uređaj ili mora sam imati prekidnu moć jednaku ili višu od moguće struje kratkog spoja na mjestu ugradnje štićenog skopnog uređaja ili cijela kombinacija uređaja za zaštitu od kratkog spoja mora ispunjavati potrebne uvijete vezane prekidnu moć. Kod kombiniranih zaštitnih uređaja ovaj drugi način je češće u primjeni. Kombinirati se mogu osigurači, prekidači i releji sa sklopnicima.

21


3.5.1. Kombinacija prekidač – osigurač Kombinacija prekidač – osigurač se najčešće izvodi tako da se za moguću struju kratkog spoja odabere prekidač pogodne nazivne prekidne moći i na priključnicama dovoda prekidača ugrade pomoćni osigurači. Kako bi se osiguralo da kontaktni sustav prekidala ne zadobije oštećenja prilikom kratkog spoja, oba zaštitna uređaja moraju biti pažljivo odabrana i podešena. Osigurač bi trebao biti u mogućnosti prekinuti kratki spoj na vrijednostima koje si iznad nazivne prekidne moći prekidača. Područje zaštitnog djelovanja ovisan je o svim elementima sklopne kombinacije. Zaštita od struja preopterećenja izvedena je strujno ovisnim okidačem za preopterećenje, dok se struje kratkog spoja reda veličine do prekidne moći prekidača registriraju brzim elektromagnetskim okidačem. Dakle ovom zaštitom obuhvaćene su nadstruje do prekidne moći prekidača i na takva strujna

Vrijeme t

naprezanja prekidač sam reagira na kvar.

Slika 3.10 Karakteristike i jednopolna shema kombinacije prekidač-osigurač Ako struja kratkog spoja bude veća od prekidne moći prekidača, ulogu zaštite od kratkog spoja preuzimaju osigurači koji ograničavaju struju kratkog spoja. U

22


ovom slučaju prekidač je podešen da otvori svoje kontakte tako što se brzi okidač prolaznom strujom aktivira. Ovo vrijedi i u slučaju jednopolnog kratkog spoja [1].

3.5.2. Kombinacija sklopnik – prekidač Prekidač sa nadstrujnim okidačem za preopterećenje i brzim nadstrujnim okidačem služi za zaštitu od preopterećenja i kratkog spoja. Ovakav prekidač može se koristiti u kombinaciji sa sklopnikom. Takva kombinacija ima karakteristike iste kao i kombinacija sklopnik i relej za preopterećenje – osigurači. Karakteristika takvog spoja prikazana je na slici 3.11.

Slika 3.11 Karakteristike i jednopolna shema kombinacije sklopnik-prekidač

3.5.3. Kombinacija sklopnik i relej za preopterećenje – osigurač IEC 947-4-1 propisuje dva tipa koordinacije sklopnih uređaja od nadstruja vezana uz njihova oštećenja [1]: -

ne smije biti opasnosti za osoblje koje se nalazi u blizini dijelova instalacije; oštećenje sklopnika i releja za preopterećenje je dopušteno, ako je nužno potrebno popraviti ili zamijeniti relej za preopterećenje; uređaji direktno pogođeni kvarom nisu pogodni za daljnji rad te ih je potrebno zamijeniti; 23


-

ne smije biti opasnosti za osoblje koje se nalazi u blizini dijelova instalacije; oštećenje sklopnika i releja za preopterećenje nije dozvoljeno; u slučaju oštećenja namota kontakta sklopnika moguće je zamijeniti namot, u svim

Vrijeme t

drugim slučajevima kvara sklopnik se mora zamijeniti.

Slika 3.12 Karakteristike i jednopolna shema kombinacije sklopnik i relej za preopterećenje – osigurač Za

drugi

način

štićenja

potrebna

je

sklopna

kombinacija

releja

za

preopterećenje sa sklopnikom i osigurača. Sklopnici su sklopni uređaji koji se koriste za uklapanje/isklapanje motora. U kombinaciji sa relejom za preopterećenje služi kao zaštitni uređaj za zaštitu motora i kabela za napajanje od preopterećenja. Kao dodatna zaštita od kratkog spoja u kombinaciji se koriste osigurači. Pri toj kombinaciji zaštitnih uređaja posebnu pažnju treba obratiti njihovoj koordinaciji. Trebaju se pažljivo odabrati njihova područja rada i njihove postavke: -

vremensko-strujne karakteristike releja za preopterećenje i osigurača moraju biti postavljene i odabrane tako da motor ima određeno vrijeme za postizanje radne brzine, 24


-

osigurači moraju štititi relej za preopterećenje od prevelikih struja preopterećenja (10 puta većih od nazivne struje releja),

-

osigurači moraju štititi sklopnik od prevelikih struja preopterećenja (10 puta većih od nazivne struje sklopnika),

-

osigurači moraju štititi sklopnik od struje kratkog spoja.

3.5.4. Kombinacija sklopnik i relej za preopterećenje – prekidač Zaštita od preopterećenja izvedena je relejom za preopterećenje u kombinaciji sa sklopnikom [1]. Kada se toj kombinaciji spoji prekidač dobije se i zaštita od kratkog spoja. Kod ovakve kombinacije radna struja brzog nadstrujnog okidača postavljena je na najnižu moguću vrijednost koju uvjeti startanja motora mogu dopustiti. Takva postavka osigurava da se i male struje kratkog spoja detektiraju i brzo prekinu. Ova kombinacija, bez obzira dogodi li se ili preopterećenje ili kratki spoj, će isključiti motor.

Slika 3.13 Karakteristike i jednopolna shema kombinacije sklopnik i relej za preopterećenje – prekidač U slučaju preopterećenja otvara se sklopnik, dok se u slučaju kratkog spoja otvara prekidač. U slučaju kratkog spoja sklopnik je također zaštićen prekidačem. 25


Postoje i pokretni prekidači koji imaju mogućnost tropolnog isklopa i sposobnost ponovnog uklopa kruga odmah nakon prekida kvara.

3.5.5. Prekidači u kaskadi Prekidači koji su spojeni u seriju i imaju identična vremena otvaranja i tehnike gašenja luka će se simultano otvoriti u slučaju kratkog spoja na mjestu K1 prikazanom na slici 3.14. To bi se dogodilo i ako su u seriji spojeni osigurači sa približnim karakteristikama ako bi se pojavila struja kratkog spoja koja je veća od

Napon u

Struja i

granice selektivnosti.

Slika 3.14 Jednopolna shema i valni oblici napona i struje pri prekidu kratkog spoja kaskade osigurača Distribucijski prekidač, Q1, ima ulogu glavnog prekidača za nekoliko grana. Radna struja njegovog brzog nadstrujnog okidača je postavljena na najvišu vrijednost, ako je moguće na vrijednost njegove prekidne moći. Prekidač grane, Q1.x, služi za zaštitu od preopterećenja i manjih struja kratkog spoja rezultiranih spojem faze i mase, oštećenjem izolacije.

26


Veće struje kratkog spoja rezultirat će otvaranje nižih prekidača Q1.x kao i zatvaranje distribucijskog prekidača Q1 zbog spomenute granice selektivnosti.

3.5.6. Podešavanje kombiniranih zaštitnih uređaja 3.5.6.1. Podešavanje kombinacije prekidač – osigurač Slika 3.15 prikazuje vremensko-strujni dijagram sa rastalnom karakteristikom gG osigurača a i okidnom karakteristikom prekidača b. Red veličine struje osigurača i radne struje strujno-ovisnog okidača za preopterećenje su iste. Takva kombinacija nije dobra jer bi startanje motora bilo neostvarivo stoga se mora

Vrijeme t

odabrati karakteristika a'.

Slika 3.15 Podešavanje kombinacije prekidač - osigurač5 U području preopterećenja rastalna karakteristika osigurača je strmija nego okidna karakteristika okidača za preopterećenje. To je povoljno za zaštitu kabela i vodiča od preopterećenja, dok se za zaštitu motora od preopterećenja zahtijeva „sporija“ okidna karakteristika [1].

5

vrijednosti na grafu su preuzete iz literature [1] 27


U području manjih struja kratkog spoja, prekidač će reagirati brže nego osigurač, dok se kod velikih struja kratkog spoja očekuje brža reakcija osigurača. Ako se pojave struje kratkog spoja vrlo velikih tjemenih vrijednosti, osigurač ima sposobnost da ih limitira. 3.5.6.2. Podešavanje kombinacije pomoćni osigurač – minijaturni prekidač Minijaturni prekidači imaju nisku prekidnu moć. U slučaju je moguće pojavljivanje velikih struja kratkog spoja, minijaturni prekidači se moraju opremiti pomoćnim osiguračima. Ako se pri takvom spoju pojave struje kratkog spoja koje su manje od struje rezanja osigurača tada prekidač prekine krug dok osigurači ostanu nerastaljeni. Pri pojavljivanju velikih struja kratkog spoja, krug prekidaju i osigurač i prekidač zajedno. S time je pokriveno cijelo područje struja kratkog spoja. Karakteristike takve kombinacije zaštitnih uređaja prikazano je na slici 3.16.

∫ i dt 2

Slika 3.16 Karakteristike propuštanja struje minijaturnog prekidača sa pomoćnim osiguračem6

6

vrijednosti karakteristika preuzete su iz literature [1] 28


3.5.7. Usporedba kombinacija zaštitnih uređaja Tablice 3.6 i 3.7 prikazuju usporedbe kombinacija zaštitnih uređaja. Prva od njih prikazuje kombinacije zaštitnih uređaja sa osiguračima dok druga prikazuje kombinacije bez osigurača. Ocjene su prikazane bojama tako da zelena prikazuje jako dobru, žuta prikazuje zadovoljavajuću, a crvena prikazuje lošu ocjenu štićenja. Tablica 3.6 Usporedba kombinacija zaštitnih uređaja sa osiguračima7 Štićeni Zaštitni sustav objekt i sklopna frekvencija Osigurači

Prekidač

Sklopnik

Relej za preopterećenje

Termometarska zaštita

M

3

Zaštita od preopterećenja Kabel Motor (kritičan stator) Motor (kritičan rotor) Zaštita od kratkog spoja Kabel Motor Sklopna frekvencija

7

ocjene usporedbe preuzete iz literature [1] 29


Tablica 3.7 Usporedba kombinacija zaštitnih uređaja bez osigurača8 Štićeni Zaštitni sustav objekt i sklopna frekvencija Osigurači

Prekidač

Sklopnik

Relej za preopterećenje

Termometarska zaštita

M

M

3

Zaštita od preopterećenja Kabel Motor (kritičan stator) Motor (kritičan rotor) Zaštita od kratkog spoja Kabel Motor Sklopna frekvencija

8

ocjene usporedbe preuzete iz literature [1] 30

Funkcije nadstrujnih zaštitnih uređaja

4. Funkcije nadstrujnih zaštitnih uređaja 4.1. Zaštita transformatora 4.1.1. Kvarovi transformatora Kvarovi transformatora uzrokovani velikom strujom mogu biti: •

preopterećenje

•

kratki spoj faza (unutarnji ili vanjski)

•

zemljospoj.

Preopterećenje transformatora nastaje istovremenim paljenjem većeg broja trošila (npr. elektromotornih pogona) ili povećanjem zahtjeva za napajanje odnosno povećanjem broja potrošača. Tako nastale nadstruje kroz duže trajanje povećavaju temperaturu koja smanjuje podnosivost izolacije i time smanjuje vijek trajanja transformatora [4]. Kratki spoj između faza se može pojaviti i izvan i unutar transformatora. Unutar transformatora može doći do spoja između vodiča različitih faza ili, što je češći slučaj, između vodiča istog namota. Kod uljem hlađenih transformatora luk koji nastane prilikom spoja u dielektriku može stvoriti plin. U slučaju jačeg kratkog spoja može se akumulirati velika količina tog plina što je opasno jer zbog povećanja tlaka može nastati eksplozija kotla i zapaljenje ulja. Vanjski kratki spoj može se dogoditi između faza na izlazu transformatora te može uzrokovati mehaničke deformacije zbog elektrodinamičkih pojava koje mogu dovesti do unutarnjih kratkih spojeva. Zemljospoj je unutarnji kvar koji se može dogoditi spojem između namota i kotla ili između namota i jezgre. Kod uljnih transformatora kao i kod spoja među fazama može nastati plin koji povećava tlak unutar kotla te može dovesti do velikih oštećenja kotla i požara. Tjemena vrijednost struje kvara ovisi o sustavu uzemljenja gornje i donje mreže.

31


4.1.2. Transformatori u radijalnim mrežama Transformatori u radijalnim mrežama mogu biti preopterećeni čime stupanj dopuštenog trajanja preopterećenja ovisi o prethodnim uvjetima napajanja i njegovog hlađenja [1]. Ti uvjeti propisani su normom. Pri zaštiti niskonaponskih krugova najčešće se koriste prekidači, te kod transformatora manjih nazivnih struja osigurači. Za zaštitu transformatora prekidači moraju imati prekidnu moć jednaku najvećoj mogućoj struji

kratkog

spoja

na

priključnicama

niskonaponskog

namota

transformatora. Njegovi okidači za preopterećenje trebaju biti postavljeni na nazivnu struju transformatora. Za zaštitu od kratkog spoja koriste se brzi elektromagnetski okidači. Za poštivanje selektivnosti prekidača ili osigurača u nižim krugovima, prekidač za zaštitu transformatora opremljen je i okidačem sa vremenskom zadrškom [1].

4.1.3. Paralelno spojeni transformatori istih izlaznih karakteristika U slučaju dva paralelno spojena transformatora istih izlaznih karakteristika zaštitni prekidači na njihovim izlazima moraju imati prekidnu moć moguće struje kratkog spoja jednog transformatora. Kada je spojeno tri ili više transformatora istih izlaznih karakteristika, prekidna moć prekidača koji se nalazi na izlazu transformatora kroz koji prolazi struja kratkog spoja mora odgovarati sumi struja koje prolaze kroz prekidače na izlazima ostalih transformatora spojenih u paraleli. Prekidna moć prekidača koji se nalazi na

zajedničkom

odvodu

transformatora

mora

biti

suma

struja

svih

transformatorskih izlaza koji napajaju kvar. U tom slučaju prekidanje kratkog spoja ostvareno je sabirničkim sprežnikom među transformatorima [1].

4.1.4. Transformatori u zamkastim mrežama Zamkasta mreža je mreža u kojoj postoje točke koje se napajaju sa više strana. Ako se zamkasta napaja iz više SN kabela ili vodova i transformatora (slika 4.1), ako se kvar dogodi na mjestu gdje se može napajati s više strana, izolirati se može samo isključivanjem svih dovoda koji taj kvar napajaju. U slučaju da se kvar dogodi na SN vodu ili SN transformatorskom rasklopnom postrojenju, za isklapanje dovoda napajanja služi glavni mrežni relej spojen sa mrežnim 32


prekidačem9 koji je podešen

tako da propušta samo one struje pri kojima

transformator može biti u maksimalno dozvoljenom preopterećenju.

Slika 4.1 Primjer zamkaste mreže napajane s više SN vodova Prekidač koji se koristi u zamkastoj mreži mora biti odabran tako da je njegova prekidna moć jednaka najvećoj mogućoj struji kratkog spoja koja se može pojaviti na njihovim priključnicama i priključnicama transformatora vezanog uz njih. Kod odabira prekidne moći prekidača, moraju se u obzir uzeti sve struje koje napajaju

9

pojam je preuzet iz literature [1] 33


potencijalni kvar odnosno njihov zbroj može biti puno veći od struje koja dolazi od transformatora priključenog na taj prekidač.

4.2. Zaštita kabela i vodova Nadstrujna zaštita koja se koristi za kabele i vodove ima zadaću da ih štiti od nedozvoljenog zagrijavanja koje može biti uzrokovano preopterećenjem nastalim zbog kratkog spoja. U tablici 4.1 dan je pregled normi koje mogu poslužiti u svrhu odabira i izvođenja zaštite vodiča. Tablica 4.1 Nadstrujna zaštitna oprema za vodiče i njima pripadne norme Oprema nadstrujne zaštite

Norma

Zaštita vodiča osiguračima, klase gG

IEC 60269

Zaštita sklopnih uređaja osiguračima

IEC 60269

klase aM Minijaturni prekidači za zaštitu vodiča Prekidači sa brzim

IEC 60898

Zaštita od

Zaštita od

preopterećenja

kratkog spoja

+

+

-

+

+

+

-

+

-

+

+

+

+

+

IEC 60947-2

elektromagnetskim nadstrujnim okidačima i okidačima za preopterećenje (a-n) Prekidači za pokretanje sa brzim

IEC 60947-2

nadstrujnim elektromagnetskim okidačima (n) Kombinacija sklopnik – relej za

IEC 60269

preopterećenje sa pomoćnim osiguračima klase gG i aM Kombinacija sklopnik – relej za

IEC 60947-2

preopterećenje sa prekidačem za

IEC 60947-4

pokretanje 34


Ako je prekidna moć odabrane zaštite od preopterećenja jednaka ili veća od moguće struje kratkog spoja na mjestu ugradnje zaštite, tada se može izvesti zaštita donjih vodova i/ili kabela. Nadstrujna zaštita vodiča mora omogućiti štićenje svih glavnih faznih vodiča. Ako se pojavi struja jednopolnog ili dvopolnog kratkog spoja, potrebno je isključiti samo vodiče koji su zahvaćeni kvarom u slučaju da se time ne dovedu u opasnost uređaji kojima se napajaju (monofazna trošila), no ako se radi o trošilima koji zahtijevaju za stabilan rad sve tri faze, tada zaštita mora isključiti sve vodiče (npr. trofazni motori) [1]. U uzemljenim mrežama sustavom zaštite treba zahvatiti i neutralni vodič sa zaštitnim uređajem s minimalno istim karakteristikama kojima su štićeni fazni vodiči. Za manje odcjepe nadstruja koja prolazi kroz neutralni vodič može uzrokovati isklapanje glavnih vodiča, ali ne nužno i sam neutralni vodič. Nadstrujna zaštita može biti ostvarena tako da se kroz neutralni vodič prati porast struje te da se aktiviraju zaštitni uređaji na faznim vodičima.

4.3. Zaštita motora Štićenje motora je veliko područje koje se može razmatrati samo za sebe. U ovom radu su zbog toga opisani samo neki od načina izvođenja nadstrujne zaštite motora.

4.3.1. Uzroci kvarova motora Nadstruje kod motora nastaju na više načina: •

mehaničkim blokiranjem rotora motora tijekom rada,

•

kvarovima na dovodu napajanja i sklopnim operacijama,

•

nekorigiranim faktorom snage,

•

teškim uvjetima pokretanja,

•

velikim promjenama sklopne frekvencije,

•

mijenjanjem smjera vrtnje.

35


Za svaki navedeni uzrok koriste se posebni zaštitni uređaji koji moraju biti usklađeni ostatku mreže da bi mreža ostala stabilna.

4.3.2. Zaštita rotora trofaznih asinkronih motora Kod trofaznih asinkronih motora uslijed blokiranja rotora statorski namot se počinje nekontrolirano zagrijavati osjetno brže od rotora. Što je duže rotor blokiran, temperatura namota statora raste i postaje sve kritičnija. Ovaj porast temperature se može učinkovito osjetiti PTC termostatom postavljenom na namotu statora te je tako osigurana zaštita od pregrijavanja rotora. Ovakva zaštita se koristi kod manjih motora snage do 15kW [1]. Veći motori zahtijevaju drugačiji tip zaštite jer se kod njih rotor zagrijava brže od statora. Za zaštitu motora veće snage od 15kW koriste se termički releji za preopterećenje koji prate struju motora u kombinaciji sa PTC termometrom. Relej za preopterećenje će sigurno prekinuti motor uslijed blokiranja rotora dosta prije nego što se rotor zagrije.

4.3.3. Zaštita trofaznog asinkronog motora korigiranjem faktora snage Motor koji ima manji faktor snage, iz mreže vuče veću struju time se dodatno opterećuju skopni uređaji i sam motor. Korigiranje struje može se riješiti i korigiranjem faktora snage [1]. To se izvodi priključivanjem kondenzatorskih baterija direktno na ulaz ili izlaz sklopnika motora. Time se smanji aktivna struja motora, a s njome i naprezanja cijelog kruga motora. Izraz koji daje odnos korigirane i nazivne struje preko faktora snage je: Ir =

I n cos ϕ k

[4.1]

gdje su: Ir – korigirana aktivna struja motora, In – nazivna struja, cosϕ - faktor snage, k – korigirani faktor snage. 36


4.3.4. Zaštita trofaznog motora pri promjeni smjera vrtnje Kroz motor teče ista struja vrtio se on u jednom ili u suprotnom smjeru, međutim, do porasta struje dolazi u prijelaznom stanju promjene smjera vrtnje. Kako bi se motor zaštitio od prevelike prijelazne struje, uz kabel napajanja se ugrađuje relej za preopterećenje koji prilagođava struju na nazivnu vrijednost tijekom promjene smjera vrtnje.

4.4. Zaštita kondenzatorskih baterija Kondenzatorske baterije moraju zadovoljavati uvijete neprekidnog rada pri strujama manjim ili jednakim 130 % nazivne struje za sinusoidalne nazivne napone i frekvencije. Zbog toga ih nije potrebno štititi zaštitom od preopterećenja. Kondenzatorske

baterije

mogu

jedino

trpjeti

preopterećenja

uzrokovana

harmoničkim izobličenjima iz mreže, te se za zaštitu od takvih poremećaja koriste LC filtri. Za veće struje koriste se termički releji ili osigurači klase gG. Termički releji se postavljaju na vrijednosti 1,3 do 1,5 puta veće od nazivne vrijednosti struje kondenzatorskih baterija, dok se osigurači odabiru da budu nazivnih vrijednosti 1,6 do 1,7 većih od nazivne vrijednosti kondenzatorski baterija zbog velikih početnih struja puštanja baterija u pogon.

37

Selektivnost nadstrujnih zaštitnih uređaja

5. Selektivnost nadstrujnih zaštitnih uređaja Zaštitni uređaji korišteni u mreži moraju biti međusobno usklađeni kako bi ta mreža bila stabilna. Usklađuju se po principu selektivnosti. Selektivnost je osobina sustava zaštite da locira kvar i izolira dio mreže pogođene tim kvarom dok bi ostali

Vrijeme t

nepogođeni dio mreže ostao napajan.

Slika 5.1 Podešavanje karakteristika prekidača i osigurača u svrhu postizanja selektivnosti

5.1. Zahtjevi za selektivno djelovanje zaštitnih uređaja Odabir sustava zaštite niskonaponskih instalacija mora se ravnati prema sljedećim kriterijima: •

da osigura ekonomičan i funkcionalan rad cijele instalacije,

•

da korigira nastale probleme uzrokovane uvjetima u mreži i svede kvarove na minimum.

38


Kako bi se ti uređaji svrstali u područja zaštite, provode se analize koordinacije različitih uređaja. Te analize se provode s ciljem da se: •

osigura sigurnost ljudi i instalacije,

•

otkrije i brzo izolira samo područje zahvaćeno problemom, umjesto da se neselektivnim metodama reducira isporuka energije u nezahvaćenim područjima,

•

smanji utjecaj kvara na ostale elemente mreže (pad napona, gubitak stabilnosti rotacijskih strojeva),

•

osigura kontinuirana isporuka energije napona zadovoljavajuće kvalitete,

•

smanji naprezanje uređaja u zahvaćenom području,

•

omogući adekvatna rezerva u slučaju zatajenja bilo kojeg od zaštitnih uređaja odgovornog za prekid kruga u slučaju kvara,

•

postigne zadovoljavajući kompromis funkcionalnosti i jednostavnosti sa ekonomskom isplativošću.

Zaštitni sustav se može izvesti na dva načina, prvi je takav da su uređaji unutar sustava samookidajući tj. da u sebi imaju ugrađene okidače koji samostalno identificiraju promjenu u štićenom području te reagiraju, dok je drugi baziran na blokirajućim sustavima i razmjeni informacija između uređaja koje mjere električne veličine kako bi se spriječio neželjen isklop. Prvi način izvođenja zaštitnog sustava je prikladan za niskonaponske mreže jer se posljedice kratkog spoja brže manifestiraju. Kako bi smanjili broj mogućih situacija za analiziranje, važno je usvojiti sljedeće pojmove: •

Nadstrujna selektivnost – koordinacija između radnih karakteristika dva ili više nadstrujnih zaštitnih uređaja, s ciljem da se tijekom pojave nadstruja u određenom području, reagiraju samo uređaji čijem štićenju to područje pripada dok drugi ne reagiraju.

39


•

Potpuna selektivnost – koordinacija između dva serijski povezana zaštitna uređaja takva da ako se kvar pojavi u području donjeg zaštitnog uređaja, gornji propusti nadstruju dok god donji uređaj ne prekine kvar.

•

Djelomična (parcijalna) selektivnost – koordinacija između dva serijski povezana zaštitna uređaja takva da ako se kvar pojavi u području donjeg zaštitnog uređaja, gornji propusti nadstruju sve dok ona ne postigne vrijednost granice selektivnosti.

•

Pomoćna zaštita – koordinacija između dva serijski povezana zaštitna uređaja, gdje su zaštitni uređaji sa strane napajanja opremljeni dodatnom nadstrujnom zaštitom koja reagira ukoliko je zaštitni uređaj uz koji je ugrađena pod prevelikim naprezanjem ili ukoliko dođe do zatajenja selektivnih zaštitnih uređaja [6].

5.2. Načini ostvarivanja selektivnosti Selektivnost se može ostvariti na više načina: •

strujnim stupnjevanjem,

•

vremenskim stupnjevanjem,

•

logičkim stupnjevanjem (razmjenom informacija),

•

usmjerenim zaštitnim uređajima, kombinacijom prva tri načina.

Prva ti načina odnose se na radijalne mreže, dok je usmjereno stupnjevanje kombinirano sa strujnim, vremenskim i logičkim namijenjeno zamkastim mrežama.

5.2.1. Nadstrujna selektivnost Ovakav način stupnjevanja baziran je na principu: „što se više udaljava od kvara, struja kvara je manja“ [4]. Nadstrujni zaštitni uređaji postavljaju se na početku svakog odsjeka. Kod strujnog stupnjevanja svaki element sustava zaštite mora biti podešen na minimalnu struju kratkog spoja koja se može dogoditi na štićenom odsjeku, ali da bi se zadovoljila selektivnost ta vrijednost mora biti viša od maksimalne struje kratkog spoja koja se može dogoditi na nižem odsjeku. 40


Jednom podešen, svaki uređaj bi se aktivirao ukoliko bi se kvar dogodio na njegovom području štićenja. U praksi je dosta teško izvesti takav način stupnjevanja između kaskadno vezanih zaštitnih uređaja da bi oni bili potpuno selektivni, no ukoliko su susjedni odsjeci odvojene transformatorom selektivnost se dobiva bez poteškoća što je pozitivno i što se tiče brzine djelovanja i što se tiče ekonomičnosti jer nije potrebno koristiti vremensku zadršku. Primjer ovog slučaja prikazan je na slici 5.2. Zbog impedancije transformatora, maksimalna struja kratkog spoja u točki B preračunata na primarnu stranu, je mnogo manja od minimalne struje kratkog spoja u točki A, što znači da je uvjet strujnog stupnjevanja zadovoljen.

Slika 5.2 Kaskada strujno stupnjevanih prekidača sa transformatorom između njih

5.2.2. Vremenska selektivnost Selektivnost postignuta vremenskim zadrškama je ostvarena pomoću zaštitnih uređaja koji su opremljeni elementima za vremensko zadržavanje njihove prorade. Svaki viši zaštitni uređaj ima određenu vremensku zadršku prorade u slučaju kvara u odnosu na uređaj ispod njega. Dakle, kada se dogodi kvar na nekom odsjeku proradit će uređaj koji je iznad mjesta kvara jer će uređaji iznad njega ostati neaktivirani zbog zadane vremenske zadrške. Problem tako postignute selektivnosti je u tome što je vrijeme aktiviranja uređaja koji je na najvišem odsjeku 41


predugo, pa bi primjerice takav uređaj proradio za jednako vrijeme bio kvar u njegovom području štićenja ili području štićenja najnižeg zaštitnog uređaja. Primjer ovako stupnjevane zaštite prikazan je na slici 5.3 prema kojoj, na kvar K1 će prekidač Q4 reagirati prije svih ostalih jer je vremenska zadrška između njih 0,3 s, tako gornji uređaji neće stići odreagirati na taj kvar.

Transformator

Q1 td = 1,1 s

Q2 td = 0,8 s

Q3 td = 0,5 s Q - prekidač sa strujnoovisnim okidačem sa vremenskom zadrškom Q4

K1

td – vremenska zadrška

td = 0,2 s

Slika 5.3 Strujno stupnjevan nadstrujni zaštitni sustav

5.2.3. Logički stupnjevana selektivnost Selektivnosti prethodno opisane mogu se postići samo u određenim slučajevima. Njihove mane eliminirane su ugradnjom elemenata za međusobnu komunikaciju u zaštitne uređaje. Sa takvim sustavom može se reći da je 42


selektivnost savršeno ostvarena. Princip rada je takav da niži zaštitni uređaji informiraju više o svom stanju prilikom kvara. Ako niži uređaj registrira kvar, automatski šalje onom iznad blokirajući signal, ako gornji uređaj ne primi blokirajući signal, a osjeti kvar, automatski proradi. Time se izbjeglo dugo čekanje prorade najvišeg elementa zaštite. Ovi uređaji imaju manu koja je vezana uz ekonomske prilike, jer su takvi uređaji dosta skuplji, te se u određenim slučajevima ne isplati ugrađivati, te se koriste za postrojenja koja štite uređaje veće vrijednosti.

5.2.4. Selektivnost ostvarena usmjerenim zaštitnim uređajima U zamkastoj mreži kvar se može napajati s obje strane. Zaštita tada bi trebala biti osjetljiva i na smjer toka struje kvara kako bi mogla locirati i izolirati kvar. Kako bi se to izvelo koriste se usmjereni nadstrujni zaštitni uređaji. Primjer selektivnosti ostvarene usmjerenim zaštitnim uređajima prikazan je na slici 5.4.

Slika 5.4 Zaštitni sustav sa usmjerenim zaštitnim uređajima Zamkaste mreže na niskonaponskoj razini su rijetke na području Republike Hrvatske. To je ekonomski povoljnije jer su usmjereni nadstrujni zaštitni uređaji

43


osjetno skuplji i sustavi zaštite kompliciraniji ovisno o konfiguraciji. Zbog toga će se u ovom radu veća pažnja pridodati selektivnosti u radijalnim mrežama.

5.3. Selektivnost zaštitnih uređaja u radijalnim mrežama 5.3.1. Selektivnost serijski spojenih osigurača Dovodni kabeli i vodna polja sa sabirnice provode različite pogonske struje i zbog toga imaju različite presjeke. Zbog takvih svojstava ti vodiči se štite osiguračima prikladnih karakteristika. U slučaju kvara struja kratkog spoja prolazi i kroz osigurač dovodnog kabela i kroz osigurač vodnog polja pogođenog kvarom [1]. Serijski spojeni osigurači će selektivno djelovati ako su njihove rastalne karakteristike odvojene, odnosno ako se tolerancije tih krivulja nigdje ne dodiruju. Primjer selektivnog djelovanja serijski povezanih osigurača prikazan je na slici 5.5. Na dijagramu se može vidjeti da se rastalne karakteristike osigurača nigdje ne dodiruju. ts je prividno vrijeme taljenja osigurača.

100 A

200 A

200 A Ik = 1300 A

1,4 1,37 s

50 A

50 A

100 A

0,03

K1 Ik = 1300 A

101

102

103 1300

104

Struja I [A]

a) Jednopolna shema

b) Rastalne karakteristike osigurača za struju Ik = 1300 A

Slika 5.5 Selektivnost dvaju serijski povezanih osigurača10

10

karakteristika i vrijednosti su preuzete iz literature [1] 44


Za veće struje kratkog spoja, navedeni uvjeti nisu više pogodni pa se u takvom slučaju selektivnost može jedino dobiti ako je vrijednost struje koja razvija Jouleovu toplinu dovoljnu za taljenje niti osigurača vodnog polja tijekom vremena taljenja i hlađenja manja nego vrijednost struje koja je potrebna za razvijanje Jouleove topline koja bi rastalila nit većeg osigurača dovodnog kabela. U praksi je odnos navedenih struja veći ili jednak 1:1,6.

5.3.2. Selektivnost serijski povezanih prekidača 5.3.2.1. Strujno stupnjevana selektivnost kaskade prekidača Prekidači spojeni u seriju koji služe za zaštitu od preopterećenja ili zaštitu posljedica kratkog spoja su selektivni, ako se u slučaju kvara odmah otvori onaj samo prekidač sa strane napajanja koji je najbliži nastalom kvaru.

Slika 5.6 Selektivnost bazirana na strujnom stupnjevanju između dva serijski spojena prekidača11

11

karakteristika i vrijednosti su preuzete iz literature [1] 45


Bez

prethodnog

testiranja,

posredstvom

strujnog

stupnjevanja

brzog

nadstrujnog okidača, sa sigurnošću se može tvrditi jedino da će sustav biti selektivan ako moguće struje kratkog spoja viših i nižih odsjeka budu dovoljno različitih vrijednosti [1]. Proradna struja višeg prekidača kojeg okida strujno-ovisni brzi elektromagnetski okidač koji okida mora biti podešena tako da bude veća od tjemene vrijednosti najveće moguće struje kratkog spoja koja može nastati u krugu nižeg prekidača (slika 5.6). Ako je niži prekidač takav da ima mogućnost ograničavanja struje, proradna struja višeg prekidača mora biti podešena tako da je viša od tjemene vrijednosti propuštene struje nižih uređaja. Kada bi moguća struja kratkog spoja prividno bila jednaka i kod višeg i nižeg prekidača, tada bi se selektivnost postigla jedino ako je gornja granica tolerancije karakteristike nižeg prekidača bila ispod, a donja granica tolerancije višeg prekidača bila iznad specifične karakteristike koja se naziva granica selektivnosti. Druga mogućnost ostvarivanja selektivnosti je da u slučaju približnih struja kratkog spoja na dvije točke ugradnje prekidača koristi selektivnost vremenskom zadrškom, odnosno selektivnost ostvarena vremenskim stupnjevanjem. 5.3.2.2. Vremenski stupnjevana selektivnost kaskade prekidača Kada bi se pojavio kratki spoj koji bi se na mjestima ugradnje viših i nižih prekidača približno jednako osjetio, selektivnost prekidača sa strujno ovisnim okidačima bi se teško postigla. U svrhu osiguravanja selektivnosti u ovom slučaju, koristi se tehnika korištenja vremenske zadrške (slika 5.7). Za ovakav tip zaštite od gornjeg prekidača se zahtijeva da propušta nastalu nadstruju u određenom vremenskom intervalu, da bi u slučaju kvara u donjem dijelu mreže reagirao niži prekidač i isključio dio pogođen kvarom od ostatka mreže. Vremenska zatezanja obaju uređaja i njima pripadne proradne struje stupnjevani u određenoj ovisnosti jedni o drugima. Vremenske zadrške u kojima se moraju uzeti u obzir i tolerancije svih proradnih karakteristika ovise o načinima rada isklapanja i konstrukciji samih prekidača. U slučaju brzih elektroničkih nadstrujnih releja s modulom za vremensko zatezanje isklopa, vremensko zatezanje između pojedinih prekidača se kreće 70÷100 ms. Proradna struja takvih uređaja mora se postaviti tako da je kod gornjeg uređaja 46


barem 1,25 puta više nego kod donjeg. Takvi uređaji omogućuju da se pri vremenskom razmaku od 500 ms može ostvariti sustav selekcije do 7 serijski spojenih prekidača.

Transformator

td = 220 ms Q1

td = 150 ms Q2

td = 80 ms Q3

prekidač sa strujnoovisnim okidačem sa vremenskom zadrškom

prekidač sa strujnoovisnim brzim okidačem

Q4

M

td – vremenska zadrška

3

Slika 5.7 Vremensko stupnjevanje prekidača u kaskadi Na slici 5.8 a) je prikazana je jednopolna shema sa tri serijski spojena prekidača, prekidač Q1 koji služi za zaštitu sabirnice, prekidač Q2 koji služi za zaštitu distributivnog dijela mreža i prekidač za zaštitu motora. Njihove karakteristike prikazane su dijagramom na slici 5.8 b). Na karakteristikama se mogu vidjeti 3 područja okidača. Područje a dio karakteristike strujno ovisnog okidača za preopterećenje, područje n je dio karakteristike elektromagnetskog nadstrujnog brzog okidača, dok je područje z dio karakteristike nadstrujnog

47


okidača sa kratkotrajnom vremenskom zadrškom. Iz tog dijagrama se može vidjeti da je selektivnost vremenskim stupnjevanjem osigurana [1].

104 Sn = 1000 kVA Un = 400 V/ 50 Hz uk% = 6% In = 1445 A Ik = 24,1kA

103

Q3 Q1

102

Sabirnica glavnog razvoda

Q2 a

Q1 a

a

101

Q2 Sabirnica podrazvoda

Ik = 17 kA

z

100 z td=80ms

Q3

td=150ms

10-1 Ik = 10 kA

M

n

n 10-2 102

2

5

103

2

5

104

2

5

105

Struja I [A]

a) Jednopolna shema

b) Dijagram stupnjevanja

Slika 5.8 Selektivnost triju serijski povezanih prekidača12 Kako postoji mogućnost da kratki spoj nastane neposredno na prekidači, takav prekidač se mora dodatno opremiti sa modulom za brzi isklop, kako bi se smanjila naprezanja tog prekidača. Proradna struja tog modula mora biti takva da reagira jedino onda kada se kratki spoj pojavi u blizini priključnica prekidača, s time da ne poremeti modul za vremensko zatezanje isklopa, odnosno da ne utječe na vremensko stupnjevanje ostalih prekidača.

12

karakteristika i vrijednosti su preuzete iz literature [1], poglavlja 3.4 48


5.3.2.3. Logički stupnjevana selektivnost kaskade prekidača Kod sustava sa više serijski povezanih prekidača događa se da je vremenska zadrška tako postavljenog sustava preduga, odnosno da prekidaču treba više vremena da isklopi kvar. Kako bi se izbjegle takve situacije uz određene prekidače moguće je ugraditi dodatne module koji služe za dinamičko upravljanje kratkotrajnih vremenskih zatezanja. Ti moduli međusobno komuniciraju, te mogu ostvariti selektivnost opisanu u 4.1.3. Takvi uređaji mogu reducirati vremena prorade do reda veličine 50 ms za prekidače ugrađene iznad mjesta kvara [1].

Slika 5.9 Dinamička kontrola vremenske zadrške13 Na slici 5.9 prikazan je shematski prikaz rješenja sustava zaštite sa dinamičkim upravljanjem vremenske zadrške. Kratki spoj na mjestu K1 detektiran je od strane prekidača Q4, Q2 i Q1. Ako je sustav za dinamičko upravljanje kratkotrajne vremenske zadrške aktivan, Q2 je trenutno blokiran od strane Q4, a Q1 je trenutno

13

vrijednosti su preuzete iz literature [1], poglavlja 3.4 49


blokiran od strane Q2. Ako Q4 ne primi blokirajući signal unutar 10 ms, isklapa kvar. Kratki spoj na mjestu K2 detektiran je samo prekidačem Q1,ako taj prekidač ne primi blokirajući signal unutar 50 ms, isklapa kvar. U slučaju da je takav sustav upravljanja isključen, istom prekidaču bi trebalo 150 ms da izvrši zadaću [1].

5.3.3. Selektivnost između prekidača i nižeg osigurača Unutar raspona preopterećenja do proradne struje okidača za brzi isklop prekidača IAn, selektivnost je postignuta ako se rastalna karakteristika nižeg osigurača (uključujući i toleranciju) ne dodiruje sa proradnom karakteristikom prekidača sa strujno ovisnim okidačem sa vremenskom zadrškom. Taj uvjet mora biti ispunjen ako je krug pod naponom, a osigurači za zaštitu od preopterećenja u

Vrijeme t

normalnom pogonu, tj. radnoj temperaturi.

Slika 5.10 Selektivno djelovanje prekidača i donjeg osigurača Za moguće struje kratkog spoja koje bi mogle biti jednake ili premašiti vrijednosti proradne struje za brzi nadstrujni isklop, selektivnost je moguća jedino ako osigurač ograniči tu struju tijekom njenog prolaska krugom na vrijednost koja je niža od proradne struje za isklop (slika 5.10).

50


U praksi je selektivnost zaštite od kratkog spoja osigurana ako je vremensko zatezanje uređaja za isklop bar 100 ms pomaknuto u odnosu na karakteristiku osigurača 14.

5.3.4. Selektivnost između osigurača i nižeg prekidača U ovom slučaju selektivnost je također osigurana u području preopterećenja ako proradna krivulja nižeg prekidača sa strujno ovisnim okidačem za preopterećenje

sa

vremenskom

zadrškom

nigdje

ne

dodiruje

rastalnu

Vrijeme t

karakteristiku osigurača.

Slika 5.11 Selektivno djelovanje osigurača i donjeg prekidača U slučaju kratkog spoja mora se uzeti u obzir trajna struja zagrijavanja osigurača tijekom električnog luka na prekidaču. U praksi je dovoljno da rastalna karakteristika osigurača leži 70 ms iznad područja brzog nadstrujnog okidača za struju kratkog spoja15 (slika 5.11).

14

podatak je preuzet iz literature [1], poglavlje 3.4

15

podatak je preuzet iz literature [1], poglavlje 3.4 51


5.3.5. Selektivnost u slučaju dva ili više paralelnih izvora napajanja Kod dva ili više paralelnih napajanja, moguća struja kratkog spoja ne povećava se kao u slučaju kada se kreće od samo jednog napajanja, već se dijeli između napajanja tako da se kod namještanja karakteristika za postizanje selektivnosti na tu pojavu mora obratiti pažnja. 5.3.5.1. Dva identična izvora napajanja U slučaju dva identična izvora napajanja koja su spojena paralelno, u slučaju kratkog spoja u točki K1 niži prekidač Q3 ukupnu struju kratkog spoja od 20 kA će propustiti, dok će Q2 i Q1 propustiti samo pola te struje, dakle 10 kA. U dijagramu selektivnosti, okidna karakteristika prekidača Q1, odnosno Q2, mora se referirati u odnosu na struju kroz Q3 tako da se njihova karakteristika mora pomjeriti u desno na strujnoj osi, drugim riječima, mora se pomnožiti sa faktorom 2.

Slika 5.12 Zaštita dva transformatora istih karakteristika u paraleli 5.3.5.2. Tri ili više identičnih izvora napajanja U slučaju više od dva paralelna izvora, situacija je malo kompliciranija i opisana je primjerom tri paralelna izvora. Naime, u ovom slučaju, prekidači Q1, Q2 i Q3 opremljeni su brzim nadstrujnim okidačima za preopterećenje u odnosu na slučaj 52


sa dva izvora gdje su prekidači bili opremljeni okidačima za preopterećenje sa vremenskom zadrškom. Okidne struje su postavljene tako da su više od mogućih struja kratkog spoja pripadnog transformatora. S tako postavljenim parametrima ako se kratki spoj dogodi na mjestu K1 (slika 5.13) između prekidača i transformatora, suma struja koje teku kroz prekidače Q2 i Q3 će uzrokovati brzi isklop prekidača Q1. Prekidači Q2 i Q3 će ostati uklopljeni i napajati ostatak mreže. Kao radijalni dio mreže se uzima napajanje kvara sa NN strane, dok se napajanje kvara sa transformatora T1 prekida zaštitom na SN strani, što je predmet zaštite u zamkastim mrežama.

Slika 5.13 Zaštita tri transformatora istih karakteristika u paraleli

5.3.6. Selektivnost nadstrujnih uređaja sa podnaponskim okidačima Kada se dogodi kratki spoj, na mjestu kvara napon mreže padne. Zaostali napon ovisi o vrijednosti otpora kvara. U slučaju kratkog spoja, impedancija kvara i njemu pripadni napon na mjestu kvara praktički je jednak nuli. Tijekom kvara se pojavljuje i nekoliko iskrenja. Napon tih iskri je 30÷70 V. Napon mreže duž puta te struje od napajanja također pada na nižu vrijednost, dok teče 53


struja kratkog spoja. Vrijednost tog napona je određena otporom vodiča i s time i udaljenošću od mjesta kvara. Slika 5.14 prikazuje ponašanje napona u niskonaponskom sustavu tijekom trajanja kvara.

Slika 5.14 Rezultantne vrijednosti napona prilikom kratkog spoja Ako kratki spoj nastane na mjestu K1 (slika 5.14 a)) napon na sabirnicama podrazvoda pada na 13 % radnog napona, dok napon na sabirnicama glavnog razvoda pada na 50 % nazivnog napona. U ovom slučaju prekidač Q3, koji se nalazi točno na mjestu kvara, proradi. Ovisno o karakteristikama prekidača, njegovom tipu i konstrukciji, prekidanje bi trajalo oko 30 ms do potpunog izoliranja kvara ili oko 10 ms u slučaju ograničavanja struje. Za kratki spoj na mjestu K2 (slika 5.14 b)) proradi prekidač Q2. On je opremljen sa okidačem sa vremenskom zadrškom. Vremenska zadrška bi bila bar 70 ms. Tijekom ovog kvara napon na glavnim sabirnicama pada na 13 % radnog napona. Ako bi napon mreže pao na između 70 % i 35 % radnog napona i ako bi takvo stanje trajalo oko 20 ms, tada bi svi prekidači opremljeni uređajima za detektiranje 54


pada napona proradili. Na isti način, svi sklopnici bi izbacili ako bi napon napajanja pao na 75 % vrijednosti radnog, ako bi takav poremećaj trajao između 5 ms i 30 ms. Selektivna nadstrujna zaštita iz tih razloga zahtjeva da uređaji za detektiranje pada napona sa pripadnim sklopnicima budu opremljeni uređajima za vremensko zatezanje prorade. Takvi uređaji ne bi trebali ako bi se koristili prekidači za ograničavanje struje kod kojih bi vrijeme prekidanja bilo 10 ms ili manje [1].

5.3.7. Korištenje tablica selektivnosti U tablici 5.1 dan je primjer tipične tablice selektivnosti za serijski povezana dva modularna minijaturna prekidača (MCCB). Tablica 5.1 Selektivnost dva serijski spojena MCCB prekidača16

U toj tablici prikazani su sljedeći podaci: •

strana ugradnje prekidača (strana napajanja ili strana odvoda),

•

tip po prekidnoj moći (npr. prema IEC 60947-2 oznaka N predstavlja prekidnu moć 36 kA, oznaka S 50 kA itd...),

16

preuzeto iz literature [6] 55


•

vrsta okidača prekidača (TM – termomagnetski okidač, EL – elektronički okidač i M – magnetski okidač),

•

najveća vrijednost nazivne struje prekidača istog tipa i okidača Iu,

•

koje je nazivne struje In.

Vrijednosti koje prikazuju odnos serijski spojenih prekidača: •

oznaka T označava kombinaciju prekidača pri kojoj se može postići potpuna selektivnost,

•

broj označava struju granice selektivnosti pri kombinaciji tih uređaja,

•

broj u zelenom polju označava struju granice selektivnosti u posebnom slučaju (u ovom primjeru ta kombinacija vrijedi samo ako radi se o prekidaču koji ima magnetski okidač).

Kod mogućih struja kratkih spojeva na mjestima između prekidača, gdje ih ti prekidači podjednako osjete, stupnjevanje proradnih struja brzih nadstrujnih okidača omogućava selektivnost samo pri specifičnoj vrijednosti struje kratkog spoja. Ta vrijednost naziva se „granica selektivnosti“ (slika 5.15). Ako je obavljen proračun struje kratkog spoja prema važećim tehničkim propisima na mjestu ugradnje nižeg prekidača, i ta vrijednost moguće struje kratkog spoja je manja nego „granica selektivnosti“ prikazana u tablicama za tu kombinaciju, tada je osigurana potpuna selektivnost za sve moguće struje kratkog spoja koje bi se dogodile na cijelom štićenom području tog donjeg prekidača. Ako je moguća struja kratkog spoja na mjestu instalacije veća od granice selektivnosti, tada bi selektivnost uređaja nižeg kruga bila moguća jedino za vrijednosti struja kratkog spoja koje se u tim tablicama nalaze. Kako je vjerojatnost da će maksimalne vrijednosti struje kratkog spoja proteći u pravilu jako mala, projektanti mogu odlučiti da je vrijednost granice selektivnosti dovoljno velika, pa je tako zadovoljavajuća selektivnost osigurana, ako to ne bude slučaj, moraju se odabrati zaštitni uređaji sa višom granicom selektivnosti.

56

Vrijeme t [s]


Slika 5.15 Granica selektivnosti ilustrirana okidnim karakteristikama dvaju prekidača spojenih u seriji17

5.4. Selektivnost u zamkastim mrežama Kako je već navedeno, ostvarivanje selektivnosti zaštitnih uređaja u zamkastim mrežama dosta je kompliciranije od selektivnosti zaštitnih uređaja u radijalnim mrežama. Razlog tomu je napajanje kvara iz više različitih izvora napajanja, pa tako i različitih smjerova napajanja mogućeg kvara. Odabir i vrsta zaštitne opreme za zadovoljavanje uvjeta selektivnosti ovisi o samoj konfiguraciji štićenog dijela mreže. Ovisno o konfiguraciji mreže, u ovom poglavlju su, radi jednostavnosti, navedena samo neka tehnička rješenja postizanja selektivnosti u zamkastim mrežama.

17

karakteristike prekidača preuzete su iz literature [1] 57


5.4.1. Osigurači u čvorištima U niskonaponskim zamkastim mrežama, najčešće se koriste kabeli istih karakteristika, te se tako za njihovu zaštitu koriste i gG osigurači istog tipa i nazivne struje [1]. Ako je konfiguracija mreža kao na slika 5.16, takva da su svi kabeli istih karakteristika, tada je sa istim osiguračima selektivnost postignuta jer će pri kvaru se prije rastaliti osigurač koji je bliži kvaru jer je struja koja kroz njega prolazi jednaka sumi struja kroz ostale vodiče koji ulaze u čvorište. Kako je kvar moguće napajati s više strana, osigurači se postavljaju na oba kraja kabela, pa tako i za osigurač na drugom kraju kabela vrijedi isti princip.

F1

A

F2

Ik1

Ik2

Iki – struja i-te grane koja napaja kvar

F3

Ik3 = Ik1+Ik2

Ik = Ik3+Ik4 F4

Ik4 = Ik5+Ik6+Ik7 F5

F7

Ik5

Ik7 B F6

Ik6

Slika 5.16 Konfiguracija mreže koju štite osigurači u čvorištima

5.4.2. Selektivnost postignuta sa usmjerenim okidačima i komunikacijom među njima Kod niskonaponske mreže koja ima malo kompliciraniju konfiguraciju nego u prethodnom slučaju, jedno od rješenja za postizanje selektivnosti je korištenje okidača koji detektiraju smjer struje, te ujedno komuniciraju s ostalim susjednim okidačima istog tipa [15]. Ti okidači imaju sposobnost usporedbe smjera sa referentnim. Imaju dva ulaza kojima primaju blokirajući signal (ulaz za smjer struje se podudara sa referentnim, ulaz za smjer struje se ne podudara sa referentnim) 58


te dva izlaza koji šalju blokirajući signal (izlaz za smjer struje se podudara sa referentnim, izlaz smjer struje se ne podudara sa referentnim). Na slici 5.17 prikazan je primjer konfiguracije mreže, te je u nastavku ilustrirano spajanje ulaza i izlaza okidača s ciljem postizanja selektivnosti. Primjer je rađen prema literaturi [15].

T1

Q1

T2

in + out +

in Q3 out

Q4

in + out +

in + out +

Q2

-

-

+ +

-

in + out +

Q5

-

Q

in out + -

in + out +

prekidač sa usmjerenim okidačem i signalnim ulazima i izlazima

-

- ulaz - izlaz - smjer struje se podudara sa referentnim smjerom - smjer struje se ne podudara sa referentnim smjerom referentni smjer

M

Z

3

Slika 5.17 Konfiguracija mreže sa usmjerenim prekidačima i međusobnom komunikacijom

T1

T2

in + out +

Q1

-

Q2 Q3

in + out +

in + out +

-

-

B1

B2

in + out +

Q4

-

M

Q5

in + out +

-

Z

3

napajanje kvara spajanje ulaza i izlaza

Slika 5.18 Kvar na sabirnici B1 - prorada Q1, Q3 i Q4, blokiranje Q2 59


Slika 5.18 prikazuje komunikaciju između prekidača Q3 i Q2 prilikom kvara na sabirnici B1. Smjer struje kroz Q3 se podudara sa smjerom struje napajanja kvara, te šalje blokirajući signal sa izlaza za podudaranje sa referentnim smjerom na ulaz za podudaranje sa referentnim smjerom prekidača Q2, kako bi se izbjeglo njegovo aktiviranje zbog registriranja kvara. Ako je komunikacija postignuta kako je opisano, tada je kvar izoliran samo prekidačima Q1, Q3 i Q4. Slika 5.19 prikazuje komunikaciju između prekidača Q4, Q3 i Q1 prilikom kvara na stezaljkama motora M. Smjer struje kroz Q4 se podudara sa smjerom struje napajanja kvara, te šalje blokirajući signal sa izlaza za podudaranje sa referentnim smjerom na ulaze za podudaranje sa referentnim smjerom prekidača Q3 i Q4 kako bi se izbjeglo njihovo aktiviranje, a Q2 je prema postavci iz prethodne slike blokiran. Ako je komunikacija postignuta kako je opisano, tada je kvar izoliran samo prekidačem Q4.

T1

T2

in + out +

Q1

-

Q2 Q3

in + out +

in + out +

-

-

B1

B2

in + out +

Q4

-

M

Q5

in + out +

-

Z

3

napajanje kvara spajanje ulaza i izlaza prethodno spojeni ulaz i izlaz

Slika 5.19 Kvar na motoru M - prorada Q4, blokiranje Q1, Q2 i Q3 Slike 5.20, 5.21, 5.22 i 5.23 opisuju spajanje ulaza i izlaza za ostale moguće kvarove na isti način kako su opisana spajanja prilikom kvarova u prethodna dva slučaja. 60


T1

T2

in + out +

Q1

-

Q2 Q3

in + out +

in + out +

-

-

B1

B2

in + out +

Q4

-

M

Q5

in + out +

-

Z

3

napajanje kvara spajanje ulaza i izlaza prethodno spojeni ulaz i izlaz

Slika 5.20 Kvar na transformatoru T1 - prorada Q1, blokiranje Q2, Q3 i Q4

Slika 5.21 Kvar na sabirnici B2 - prorada Q2 i Q3, blokiranje Q1 i Q4

61


Slika 5.22 Kvar na trošilu Z - prorada Q5, blokiranje Q1, Q2, Q3 i Q4

Slika 5.23 Kvar na transformatoru T2 - prorada Q2, blokiranje Q1, Q3 i Q4

62


Iz ovog primjera može se vidjeti da se na istoj konfiguraciji mreže pri kvarovima na različitim mjestima na istim prekidačima, mogu pojaviti drugačiji smjerovi struja koje napajaju kvar. Okidačima koji međusobno komuniciraju blokirajućim signalima, ovisno o smjeru struje, može uspješno riješiti selektivno djelovanje zaštite ovakve konfiguracije mreže.

5.5. Pomoćna zaštita Korištenjem pomoćne zaštite selektivnost dovodimo u pitanje, no potrebna je uz sklopne uređaje sa strane napajanja zbog mogućih struja kratkog spoja koji su iznad prekidne moći tog sklopnog uređaja. U tom slučaju čim se pojavi takva struja pomoćni nadstrujni uređaj trenutno reagira. Time se smanjuje naprezanje sklopnih uređaja pri velikim strujama kratkog spoja.

63

Primjer odabira zaštitnih uređaja za niskonaponsku mrežu

6. Primjer odabira zaštitnih uređaja za niskonaponsku mrežu Mreža se sastoji od transformatorske stanice 10(20)/0,4 kV 250kVA s 4 vodna polja i poljem javne rasvjete. Na prvo vodno polje spaja se kabel koji napaja jednu stambenu zgradu, drugo vodno polje je rezervirano za buduće objekte, treće vodno polje napaja jedan individualni stambeni objekt (moguće ga je proširiti ugradnjom razdjelnih ormarića NN mreže), a četvrto vodno polje napaja dva individualna stambena objekta preko razvodnog polja koje je smješteno u razdjelni ormarić NN mreže. Blok shema konfiguracije niskonaponske mreže za ovaj primjer prikazana je na slici 6.1.

Slika 6.1 Blok shema niskonaponske mreže Za potrebne proračune struja kratkog spoja, katalog elemenata i prikaz grafova selektivnosti koristio se program SIMARIS DESIGN 4.1. To je program koji omogućuje unosom konfiguracije mreže, izlaz sa traženim podacima (elementima, vrijednostima struja kvara, procjenom selektivnosti) i karakteristikama selektivnog djelovanja. Korišten je u ovom primjeru kako bi pojednostavio proračun, te grafički prikazao selektivno djelovanje odabranih zaštitnih uređaja. 64


Zaštitni uređaji, kabeli, transformator i elementi mreže odabrani su prema tehničkim uvjetima Hrvatske elektroprivrede.

6.1. Tehnički uvjeti HEP-a korišteni za praktični primjer Za praktični primjer ovog rada korišteni su sljedeći tehnički uvjeti: •

Tehnički uvjeti za izvedbu priključka u višestambenim objektima [20],

•

Tehnički uvjeti za izvedbu priključka u individualnim objektima [21],

•

Tehnički uvjeti za TS 10 (20) / 0,4 kV, 1 x 250 kVA I 1 x 630 kVA – Kabelska izvedba – vanjsko posluživanje [18],

•

Tehnički uvjeti za sklopne aparate u metalnom kućištu (RMU) za nazivne napone 12 kV i 24 kV [22].

6.1.1. Tehnički uvjeti za izvedbu priključka u višestambenim objektima - pročišćeni tekst korišten za izradu primjera Kućni priključni ormarići (KPO): •

Ormarić mora imati mogućnost priključenja za: -

najmanje dva kabela presjeka do 4 x 150 mm2 (ulaz izlaz),

-

najmanje jedan kabel odgovarajućeg presjeka (maksimalno 4 x 150

mm2

za

napajanje

GRO-a

preko

visokoučinskih

niskonaponskih osigurača). •

Za odvodni kabel umjesto osigurača mogu se postaviti kratkospojnici.

Glavni razdjelni ormar (GRO) •

U produženju kućnog priključnog ormarića izvodi se glavni razdjelni ormar (GRO) s jednim ili više usponskih (pojnih) vodova.

•

Glavni razdjelni ormar se sastoji, u načelu, iz dva dijela: -

priključnog polja,

-

razvodnog polja.

65


Etažni razdjelnik (ER) • Etažni razdjelnik (ER-uzidni) ugrađuje se na prikladnim mjestima u hodnicima po etažama i to na prolazima usponskih vodova. • Prema broju električnih brojila koji se smještaju u etažni razdjelnik ormarići mogu biti modularne izvedbe za smještaj dva električna brojila ER-2, tri električna brojila ER-3 ili maksimalno četiri električna brojila ER-4. • Osnovna oprema etažnog razdjelnika sastoji se od: -

glavnih osigurača stanova,

-

električnih brojila stanova (jednofazna ili trofazna, jednotarifna, dvotarifna ili trotarifna),

-

odgovarajućeg broja odvojnih stezaljki za priključak s usponskog voda (za slučaj usponskih vodova izvedenih P-vodičima),

-

odgovarajuće sabirnice (Cu) za priključak na usponski vod (za slučaj usponskih vodova izvedenih izoliranim bakrenim odnosno aluminijskim sabirnicama).

Izvedbe priključaka •

Izvedba vanjskog priključka višekatnih stambenih objekata obavlja se isključivo podzemnim energetskim kabelom.

•

Svaki ulaz u višekatni stambeni objekt čini jednu građevinsku cjelinu za koju se izvodi poseban vanjski priključak.

•

Vanjski se priključak može izvoditi iz razvodnih ormara niskonaponske mreže ili izravno iz trafostanice TS 10(20)/0,4 kV.

•

Za vanjski priključak mogu se koristiti slijedeći energetski kabeli - tipa: PPOO-AY; XPOO-AY; PP 44--AY; XP 44AY; presjeka: 4x50 mm2, 4x95 mm2, 4x150 mm2 nazivnog napona 1 kV. Odabir presjeka kabela obavlja se prema predviđenom vršnom opterećenju stambenog objekta u skladu

66


sa (HR N. N.B2.702 Električne instalacije u zgradama. Opsezi napona) kao i prema predviđenoj konfiguraciji i tipu niskonaponske mreže. •

Priključak podzemnog energetskog kabela može se obaviti u kućnom priključnom ormariću ili u priključno razdjelnom ormaru.

•

Izuzetno se priključak može izvršiti izravno u glavnom razdjelnom ormaru objekta ukoliko se napajanje obavlja izravno iz trafostanice TS 10(20)/0,4 kV posebnim kabelom.

Sustav unutrašnjeg razvoda električne energije •

Pod glavnim razvodom električne energije unutar višekatnog stambenog objekta podrazumijeva se razvod od kućnog priključnog do etažnog razdjelnika.

•

Za unutrašnji dio priključka između kućnog priključnog ormarića (KPO-a) i razvodnog polja u GRO-u potrebno je koristiti vrstu i presjek vodiča prema očekivanom opterećenju objekta ili pripadnog stubišta (HRN. N.B2.752 Električne instalacije u zgradama. Električni razvod. Trajno dopuštene struje).

•

Vrsta vodiča i izvedba može biti: kabel na policama ili u cijevima, ili izolirani bakreni »P« vodič u cijevima pod žbukom ili izolirane sabirnice.

•

Kabeli ili vodiči polažu se u cijevi odgovarajućeg promjera.

•

Za glavni razvod električne energije između priključno razvodnog polja u PRO-u ili GRO-u i svih etažnih razdjelnika mogu se koristiti ovi načini napajanja: -

polaganje glavnih usponskih vodova s presjecima do 5 x P 35 mm2 u cijevima odgovarajućeg promjera,

-

korištenje izoliranih profiliranih bakrenih sabirnica odgovarajućeg presjeka postavljene u za njih predviđene okomite kanale.

67


Razvod električne energije za zajedničku potrošnju •

Priključivanje trošila zajedničke potrošnje u višekatnim stambenim objektima obavlja se preko glavnih osigurača u polju zajedničke potrošnje.

•

U instalaciju zajedničke potrošnje stambenog objekta ubraja se: instalacija rasvjete ulaza, stubišta, drvarnica, prostorija kućnog savjeta, napajanje dojavne (portafonske) instalacije i zajedničke antenske instalacije te napajanje dizala. [20]

6.1.2. Tehnički uvjeti za izvedbu priključka u individualnim objektima - pročišćeni tekst korišten za izradu primjera Vrste priključaka objekata individualne izgradnje Opći uvjeti •

Svaki objekt individualne stambene izgradnje predstavlja jednu građevinsku cjelinu, kojoj pripada samo jedan vanjski priključak.

•

Vanjski kućni priključak individualnog stambenog objekta, u načelu se izvodi, preko kućnog priključnog ormarića (KPO) ili kućnog priključno mjernog ormarića (KPMO).

•

Početna točka napajanja priključka je: priključno - razdjelni ormar iz višekatnih stambenih objekata, razvodni ormar niskonaponske mreže, kućni priključni ormarić (KPO), odnosno priključno mjerni ormarić (KPMO) ili odvojno mjesto na niskonaponskoj nadzemnoj mreži.

•

S obzirom na vrstu niskonaponske mreže, uređenost terena, položaja objekta koji se priključuje, vanjski kućni priključci objekata individualne izgradnje mogu se izvoditi a) podzemno energetskim kabelom: -

sa niskonaponske kabelske mreže,

-

sa niskonaponske nadzemne mreže,

b) samonosivim kabelskim snopom: 68


-

sa niskonaponske nadzemne mreže izvedene golim vodičima,

-

sa

niskonaponske

nadzemne

mreže

izvedene

samonosivim kabelskim snopom. Vanjski kućni priključci izvedeni podzemnim energetskim kabelom •

Načelo izvedbe priključka podzemno energetskim kabelom može biti: -

radijalno (pojedinačni objekti),

-

sustav ulaz - izlaz (grupni kućni priključci uz radijalan sustav napajanja s mogućnošću rada u prstenu).

•

S obzirom na opterećenje koje se očekuje kod potrošača u objektima individualne izgradnje, koriste se tipizirani kabeli -

XP00-AY, odnosno PP 00 - AY 4x25mm2, 0,6/1 kV,

-

XP00-AY, odnosno PP 00 - AY 4x35mm2, 0,6/1 kV,

-

XP00-AY, odnosno PP 00 - AY 4x50mm2, 0,6/1 kV.

•

Nije dopušteno polagati dvožilne podzemne energetske kabele.

•

Za realizaciju vanjskog kućnog priključka podzemnim kabelom potrebno je: -

odrediti početnu točku napajanja sa niskonaponske mreže, kao i krajnju točku vanjskog priključka (što utvrđuje elektrodistribucija),

-

iskopati kanal od mjesta određenog kao točka napajanja do krajnje točke vanjskog priključka, koja je određena za smještaj kućnog priključnog ormarića (KPO), odnosno kućno - priključno mjernog ormarića (KPMO), te u kanal položiti kabel,

-

postaviti salonitnu ili plastičnu cijev (za kabelski priključak ulaz izlaz, treba postaviti 2 cijevi) minimalnog promjera 100 mm od donjeg ruba priključnog ormarića do 600 mm ispod razine zemlje, te postaviti jednu (odnosno dvije) cijev (plastičnu, promjera 100 do 150 mm), u iskopani kanal za širinu betonske površine (vijenca) oko objekta. Na područjima gdje se uvlači i signalni kabel potrebno je, uz 69


cijev za energetski kabel postaviti plastičnu cijev, promjera 50 mm, za signalni kabel. Cijevi moraju biti postavljene tako, da je osiguran minimalni polumjer savijanja za predviđene priključne kabele. Nadzemni vanjski kućni priključci izvedeni samonosivim kabelskim snopom •

S obzirom na opterećenje i vrstu trošila, vanjski priključak samonosivim kabelskim snopom može se izvoditi kao:

•

-

jednofazni, sa XOO - A, 2 x 16 mm2 0,6/1 kV,

-

trofazni, sa XOO - A, 4 x 16 mm2 0,6/1 kV.

Vanjski priključak samonosivim kabelskim snopom može se izvesti sa niskonaponske mreže, koja je izvedena samonosivim kabelskim snopom (bilo da je vođena po stupovima, bilo po fasadi objekta), te sa niskonaponske mreže, koja je izvedena golim vodičima.

•

Svaki objekt individualne izgradnje, kao građevinska cjelina mora imati vlastiti vanjski priključak samonosivim kabelskim snopom. Sa objekta, koji ima svoj vanjski priključak izveden samonosivim kabelskim snopom, ne može se obavljati priključivanje drugih objekata (odvojci).

•

Nije dopušteno koristiti samonosivi kabelski snop 4 x 16 mm2 za priključivanje po dva jednofazna priključka.

•

Uputno je jednofazne vanjske priključke izvedene samonosivim kabelskim snopom (presjeka faznog vodiča od 16 mm2) primjenjivati za struju potrošača do 35 A (brojilo 10 - 40 A).

•

Kod raspoređivanja jednofaznih priključaka na niskonaponsku mrežu treba posebnu pozornost posvetiti simetriranju opterećenja po fazama mreže.

•

Izvođenje kućnog priključka samonosivim kabelskim snopom treba izvoditi neprekinuto do glavnih osigurača objekta (ormarić, KPMO i KPTO).

70


Vrste ormarića za individualne stambene objekte Kućni priključni ormarić - KPO •

Ormarić mora imati mogućnost priključenja do dva kabela, maksimalnog presjeka do 50 mm2, tipa:

•

-

PP 00-AY, 4 x 50 mm2, 0,6/1 kV ili

-

XP 00-AY, 4 x 50 mm2, 0,6/1 kV ili

-

PP 44-AY, 4 x 50 mm2, 0,6/1 kV ili

-

XP 44 - AY, 4 x 50 mm2, 0,6/1 kV.

Ormarić, treba sadržavati osnovnu opremu kao: -

podnoške osigurača,

-

stezaljke za izravni priključak vodiča,

-

stezaljku neutralnog vodiča,

-

stezaljku zaštitnog vodiča, - kabelsku uvodnicu.

Kućni priključno - mjerni ormarić - KPMO •

Kućni priključno - mjerni ormarić KPMO - objedinjuje funkciju priključka i mjernog mjesta u čijem sastavu su mjerni uređaji svih stanova jednog objekta.

Kućni priključni tavanski ormarić - KPTO •

Kućni priključni tavanski ormarić-KPTO (prilog: 3.5) koristi se samo kao mjesto za priključivanje objekta, kada se priključak izvodi preko krovnog nosača.

Mjerni ormarić - MO •

U slučaju kada se vanjski kućni priključak izvodi preko kućnog priključnog ormarića (KPO) iti preko kućnog priključno-tavanskog ormarića (KPTO); za mjerno mjesto koristi se mjerni ormarić (MO), u kojeg se smještaju mjerni uređaji svih stanova objekta.

71


•

Osnovna oprema mjernog ormarića (MO) sastoji se od: -

glavnih osigurača objekta,

-

električnih brojila (jednofazna ili trofazna, jednotarifna, dvotarifna ili trotarifna),

-

odgovarajućeg broja odvojnih stezaljki za priključak glavnih vodova objekta,

-

uređaja za prebacivanje tarife,

-

stezaljke za signalno - upravljački vod.

Razdjelnik stana - RS •

Razdjelnik stana - RS ugrađuje se u stanu potrošača na nosivom zidu na visini

•

U razdjelniku stana mora postojati mogućnost smještaja: -

zaštitne strujne sklopke (zaštitni uređaj diferencijalne struje),

-

ograničavala strujnog opterećenja- limitatora,

-

sabirnice za neutralne vodiče,

-

sabirnice za zaštitne vodiče,

-

osigurača strujnih krugova.

Sustav razvoda električne energije Unutrašnji kućni priključak •

Treba nastojati da vodovi unutrašnjeg priključka budu što kraći.

•

Nastavljanje vodova unutrašnjeg priključka u cijevima nije dopušteno. Spajanje, odnosno odvajanje unutrašnjeg priključka dopušteno je samo na mjestima koja su plombirana ili pod ključem isporučitelja električne energije.

•

Unutrašnji priključak izvodi se izoliranim P, PP ili PPOO vodovima 3 x P 6 (10) mm2, odnosno 5 x P 6 (10) mm2 koji se uvlače u samogasivu, savitljivu rebrastu izolacijsku cijev vanjskog promjera 32 (40) mm. Izolacijska cijev 72


postavlja se podžbukno po nezapaljivoj konstrukciji objekta (primjerice: cigla, beton, siporeks). Električni razvod izmedu mjernog mjesta i razdjelnika stana •

Električni spoj između mjernog mjesta (ormarić KPMO ili MO ili KPTO) i instalacijskog razvodnog ormarića stana (razdjelnika stana - RS) izvodi se vodičima 3 x P 6 (10) mm2, odnosno 5 x P 6 (10) mm2 položenim u samogasivu savitljivu rebrastu izolacijsku cijev vanjskog promjera 32 (40) mm. [21]

6.1.3. Tehnički uvjeti za TS 10 (20) / 0,4 kV, 1 x 250 kVA I 1 x 630 kVA – Kabelska izvedba – vanjsko posluživanje - pročišćeni tekst korišten za izradu primjera Tehnički podaci o transformatoru Tablica 6.1 Tehnički podaci transformatora Niz nazivnih snaga

250 kVA

Nazivni prijenosni omjer

10(20)/0.4kV

(preklopivi)

10-20/0.4kV- x

Frekvencija

50 Hz

Spoj

Dyn 5

Napon kratkog spoja

4%

Regulacija napona

± 2.5 i ± 5 % nazivnog napona

73


Oprema srednjenaponskog razvoda •

Srednjenaponski razvod nazivnog napona 12 kV ili 24 kV treba imati ove značajke:

•

-

nazivni napon (kV):

12/24,

-

nazivna frekvencija (Hz):

50/50,

-

nazivna struja (A):

400/400,

-

nazivna kratkotrajna podnosiva struja (kA):

12,5/12,5,

-

nazivna podnosiva vršna vrijednost struje (kA):

31,5/31,5.

Razvod srednjeg napona treba biti izveden u obliku tipski ispitanog sklopnog bloka.

•

Razvod srednjeg napona za transformatorsku stanicu do 250 kVA sastoji se, u pravilu, od vodnog polja za priključak napojnog kabela i transformatorskog polja. Vodno polje ne treba biti opremljeno niti sklopnim uređajem niti zemljospojnikom. Transformatorsko polje treba biti opremljeno rastavnom sklopkom s osiguračima ili prekidačem te zemljospojnikom.

Oprema niskonaponskog razvoda Niskonaponski distribucijski razvod •

Funkcionalno gledano, niskonaponski distribucijski razvod sastoji se od dva polja:

•

-

dovodno polje,

-

razvodno polje.

Niskonaponski distribucijski razvod nazivnog napona 0,4 kV treba imati ove značajke: -

nazivni napon (kV):

400,

-


50,

-

nazivna struja (A):

500,

-

nazivna kratkotrajna podnosiva struja (1 sek) (kA):

9, 74


•

nazivna podnosiva vršna vrijednost struje (kA): 15,5.

Dovodno polje služi za prihvat energije s transformatora, smještaj uređaja za mjerenje napona i struja, elemenata zaštite te rednih stezaljki. Osim toga, u dovodnom polju je smješten i rastavni element za vidljivo odvajanje transformatora od niskonaponskog razvoda.

•

Kao rastavni element u dovodnom polju koristi se kratkospojnik. Rastavljanje pomoću kratkospojnika obavlja se u beznaponskom stanju nakon provedenih mjera zaštite na radu.

•

U skladu s navedenim, dovodno polje treba biti takovih veličina da bude moguća ugradnja: -

kratkospojnika,

-

ampermetara s trenutnim i maksimalnim pokazivačem 15-minutne struje u svim fazama,

-

voltmetra s preklopkom za mjerenje 3-fazna i jednog linijskog napona,

•

-

releja za prijenos signala nadtemperaturne zaštite,

-

pomoćnih strujnih krugova - rednih stezaljki.

Razvodno polje sastoji se od maksimalno 4 grupe niskonaponskih osigurača-sklopki velike prekidne moći veličine 2 za transformatorske stanice do 250 kVA. Za priključak kabela treba koristiti V-izravne stezaljke.

•

Za uzemljenje treba izvesti posebnu sabirnicu (PE) i osigurati mjesto za priključak

prijenosne

naprave

za

uzemljenje

i

kratko

spajanje.

Konstrukcijom osigurati mogućnost jednostavnog spajanja N i PE sabirnice. •

Na sabirnicama niskonaponskog razvoda (L1, L2, L3, N) potrebno je osigurati mjesto za priključak naprava za uzemljenje i kratko spajanje.

•

Na niskonaponskom razvodu potrebno je osigurati pogodno mjesto za smještaj odvodnika prenapona te statičke kondenzatorske baterije.

75


•

Preporučena

veličina

kondenzatorskih

baterija,

ovisno

o

snazi

transformatora, su: Tablica 6.2 Snaga kondenzatorske baterije Snaga

Presjek priključnog

transformatora (kVA)

250

Osigurač

2

kabela (mm )

Snaga kondenzatora

AI

Cu

(A)

(kVAr)

25

16

63

25

Razvod javne rasvjete •

Razvod javne rasvjete treba imati ove značajke: -

nazivni napon (kV):

400,

-


50,

-

nazivna struja (A):

40.

Razvod javne rasvjete sastoji se od četiri niskonaponska jednofazna odvoda. Odvodi se preko NVO postolja osigurača veličine 00 i sklopnika nazivne struje 40 (A) priključuju na niskonaponski razvod. Nazivna struja umetaka osigurača preko kojih se obavlja napajanje javne rasvjete treba biti 35 A. Električna zaštita transformatora Zaštita transformatora od kratkog spoja •

Zaštita transformatora od kratkog spoja ostvaruje se na srednjenaponskoj strani na jedan od slijedećih načina: -

srednjenaponskim osiguračima s udarnom iglom čije djelovanje uzrokuje

isklapanje

rastavne

sklopke

u

srednjenaponskom

transformatorskom polju,

76


-

zaštitnim

relejom

u

kombinaciji

sa

obuhvatnim

strujnim

transformatorima čije djelovanje uzrokuje isklapanje prekidača u srednjenaponskom transformatorskom polju. •

Kod korištenja zaštite u kombinaciji srednjenaponski osigurač - rastavna sklopka nazivne vrijednosti struja osigurača i za odabrani niz snaga Sr, transformatora su slijedeće: Tablica 6.3 Osigurači odabrani s obzirom na nazivni napon transformatora

•

Nazivna snaga transformatora

Sn (kVA)

250

Nazivna struja osigurača I (A)

10 kV

40

20 kV

25

Kod korištenja zaštite u kombinaciji zaštitni relej - obuhvatni transformatori prekidač potrebno je odabrati takovu značajku zaštitnog releja koja omogućava nesmetani uklop transformatora, a pouzdanu proradu u slučaju kvara na transformatoru.

Nadtemperaturna zaštita transformatora •

Pored preventivne zaštite transformatora sustavnim praćenjem vršnih opterećenja putem bimetalnih ampermetara s pokazivačem maksimalne 15minutne

struje

preporučuje

se

i

izravna

nadtemperaturna

zaštita

transformatora pomoću kontaktnog termometra ugrađenog na poklopac u području najtoplijeg ulja s proradom kod temperatura:

•

-

358,15 K (85°C) - I stupanj,

-

368,15 K (95°C) - II stupanj.

Isklopni krug kontaktnog termometra treba voditi preko posebne grebenaste preklopke s dva položaja kojom se bira stupanj prorade, a koji inicira isklop transformatora pomoću rastavne sklopke ili prekidača u transformatorskom polju.

77


•

U transformatore 250 kVA ugradnja kontaktnog termometra obvezna je kad opterećenje transformatora prijeđe 80% nazivne snage.

Spojevi transformatora s postrojenjima srednjeg i niskog napona Srednjenaponska strana transformatora •

Spojni vod između srednjenaponske strane transformatora i odgovarajućeg transformatorskog polja treba izvesti s 3 jednožilna kabela izolirana umreženim polietilenim za nazivni napon 20 kV: -

•

3 x (XHE 49-A, 1 x 70/16 mm2, 20 kV).

Kao alternativa navedenom kabelu dopušta se i upotreba kabela koji se koristi kao energetski kabel.

Niskonaponska strana transformatora •

Spojni vod između niskonaponske strane transformatora i niskonaponskog razvoda treba izvesti jednožilnim vodovima izoliranim PVC masom za 378,15 K (105°C) za nazivni napon 1: Tablica 6.4 Spojni vodovi transformatora i dovodnog polja

Transformator do 250 kVA •

Fazni vodič 1 x (P/FT 1 x150 mm2, 1 kV)

Neutralni vodič 1 x (P/FT 1 x150 mm2, 1 kV)

Vodovi se polažu u trokut slobodno u zraku ili na perforirane kabelske police s razmakom trojki od 2d.

78


6.2. Model mreže u programu SIMARIS DESIGN 4.1 Model mreže za ovaj primjer izrađen je u skladu sa gore navedenim izvadcima iz tehničkih uvjeta Hrvatske elektroprivrede. Sastoji se od četiri osnovne cjeline: •

transformatorska stanica,

•

polje javne rasvjete,

•

instalacija zgrade,

•

područje instalacija kuća.

Zaštitni elementi odabrani su tako da što vjernije prikažu međusobno djelovanje. Korišteni su uobičajeni elementi: NVO osigurači, instalacijski (DIAZED) osigurači, minijaturni prekidači, rastavljačke pruge, te osigurači-rastavljači. Trošila u objektima su podijeljena prema snazi: •

rasvjetna tijela (nazivne struje 3A za rasvjetna tijela u stanovima, 6A za rasvjetna tijela u kućama i javnoj rasvjeti),

•

jača trošila (nazivne struje 16A, npr. električni štednjaci, grijači i sl.),

•

ostala trošila (nazivne struje 10A za stanove te 12A za kuće, npr. TV, zvučni sustav i računalo priključeni na isti krug i sl.).

Trošila su pretpostavljena kao nestalni teret sa faktorom istodobnosti 0,25-0,4 radi poštivanja uvjeta limitiranja snage. Njihov broj je proizvoljno odabran. Zanemareni su uređaji za čuvanje hrane kao stalni tereti jer su zanemarivo niske potrošnje. Za stanove su predviđeni jednofazni priključci, dok su za kuće trofazni te su trošila zbog simetričnosti podjednako raspoređena po fazama. Trofazna trošila su izbjegnuta zbog pojednostavljenja.

79


Slika 6.2 Jednopolna shema modela mreže u programu SIMARIS DESIGN 4.1 Na slici 6.2 prikazana je jednopolna shema modela mreže sa označenim cjelinama. Područje 1 prikazuje transformatorsku stanicu ne uključujući

polja

javne rasvjete, područje 2 prikazuje polje javne rasvjete, područje 3 prikazuje instalaciju zgrade dok područje 4 prikazuje područje instalacija kuća.

80


6.2.1. Transformatorska stanica Za transformatorsku stanicu odabran je transformator snage 250 kVA, SN prekidačem 630 A na visokoj strani sa strujnim transformatorom nazivnog omjera 500/5 A. Niskonaponska strana ima dva dijela. Prvi dio je dovodno polje DP koje je preko kratkospojnika KS spojeno na razvodno polje RP i polje javne rasvjete JR. Razvodno polje se sastoji od četiri grupe niskonaponskih pruga (osiguračarastavljača) sa NVO ulošcima veličine 2 koji su odabrani da zadovoljavaju selektivno djelovanje. Jednopolna shema prikazana je na slici 6.3.

Slika 6.3 Jednopolna shema transformatorske stanice

81


6.2.2. Polje javne rasvjete Polje javne rasvjete sastoji se od četiri grupe napajanja rasvjetnih tijela štićenih niskonaponskim

DIAZED

osiguračima

na

postoljima

veličine

DIII

koje

zadovoljavaju selektivno djelovanje. Napaja se preko NVO osigurača na postoljima nazivne struje 63 A, kako je propisano tehničkim uvjetima [18].

Slika 6.4 Jednopolna shema polja javne rasvjete

82


6.2.3. Instalacija zgrade Zgrada se sastoji od četiri stana. Priključena je sa razvodnog polja transformatorske stanice preko kućnog priključnog ormara Z1-KPO (Z1-KPO spojen je na vodno polje VP preko pruge NVO-PRUGA-VP1). Glavni razvodni ormar zgrade Z1-GRO priključen je na Z1-KPO kabelom koji zadovoljava uvijete potrošnje stanova. Iz Z1-KPO izveden je i izlaz za priključenje novih potrošača kako se navedenim tehničkim uvjetima zahtijeva. Unutarnji razvod zgrade izveden je preko dva etažna razvoda Z1-ER1 i Z1-ER2 koji su spojeni preko NVO osigurača sa Z1-GRO. Razvodi stanova Z1-RS1 i Z1-RS2 priključeni su na Z1ER1 dok su Z1-RS3 i Z1-RS4 priključeni na Z1-ER2. Trošila stanova priključna su preko minijaturnih prekidača u Z1-RS. Trošila zajedničke potrošnje priključena su na razvod zajedničke potrošnje Z1-RZP također preko minijaturnih prekidača. Zajedničku potrošnju čini lift sa jednofaznim motorom i stubišna rasvjeta.

Slika 6.5 Jednopolna shema instalacija zgrade

83


6.2.4. Područje instalacija kuća U ovom primjeru prikazana su dva načina spajanja individualnih objekata (kuća) na NN mrežu. Prvi način je spajanje kuća preko razdjelnog ormarića NN mreže. Tu su kućni priključni ormari kuća K1-KPO i K2-KPO spojeni na vodno polje VP preko razdjelnog ormarića NN mreže RO-NN-3 preko osigurača-sklopki koje zadovoljavaju potrošnju spojenih objekata (RO-NN-3 spojen je na VP preko NVO pruge NVO-PRUGA-VP3). Drugi način spajanje kuće na mrežu je direktnim spajanjem kućnog priključnog ormara na vodno polje preko NVO pruge (u ovom primjeru je K3-KPO spojen na VP preko pruge NVO-PRUGA-VP4). Trošila u kućama 1 i 2 su spojena preko minijaturnih prekidača, a u kući 3 spojena su preko DIAZED osigurača.

Slika 6.6 Jednopolna shema instalacija kuća

84


6.2.5. Popis odabranih uređaja i njihovi parametri korišteni u modelu Napomena: Tablice su preuzete iz izlazne dokumentacije programa SIMARIS DESIGN 4.1. Oznake i kratice Veličine i koeficijenti u izlaznim tablicama iz programa SIMARIS DESIGN 4.1: ai

- koeficijent opterećenja

cos φ

- koeficijent snage

Ia/In

- odnos početne struje

Ib [A] / Iz [A]

- nazivna struja / dozvoljena opteretivost

Ic bazno [kA]

- nazivna struja kratkog spoja - Utičnica

Icu / Icn [kA]

- nazivna završna kratkospojna prekidna moć ACB / MCCB / nazivna završna kratkospojna prekidna moć MCB

Ik''max [kA]

- maksimalna struja kratkog spoja na mjestu ugradnje

In [A]

- nazivna struja

P0 [kW]

- gubici praznog hoda

Pk [kW]

- gubici kratkog spoja

Pn [kW]

- radna saga

Sn [kVA]

- nazivna prividna snaga

ukr [%]

- napon kratkog spoja

Un [V]

- nazivni napon

Uprim [kV]

- nazivni napon

Usec [V]

- sekundarni napon

X0/X1

- odnos impedancija direktni / nulti sustav

85


ΔU [%]

- pad napona između početka i kraja sekcije / Ukupni pad napona do specificirane točke uključujući i pad napona kroz transformator

Elementi modela: DP – dovodno polje ER – etažni razdjelnik GRO – glavni razdjelni ormar JR – javna rasvjeta K – kuća KPO – kućni priključni ormar KS – kratkospojnik KV – kabelski vod NVO – niskonaponski visokoučinski osigurač OS – instalacijsku osigurač PR – minijaturni (instalacijski) prekidač RS – razdjelnik stana RZP – razvod zajedničke potrošnje TR – transformator V – vodič VP – vodno polje Z – zgrada

86


Mrežni parametri i transformator Tablica 6.5 Mrežni parametri srednjeg napona Srednji napon Nazivni napon Temperatura okoline Max./Min snaga kratkog spoja Sustav neutralne točke Odnos R1/X1 min Temperatura vodiča u SN kabelu: na početku kratkog spoja pri iskapanju za pad napona

20 kV 40 °C 315 / 125 MVA Mala otpornost 0,2 20 °C 80 °C 55 °C

Tablica 6.6 Mrežni parametri niskog napona Niski napon Nazivni napon Konfiguracija sustava Frekvencija Dozvoljeni napon dodira Temperatura okoline uređaja Naponski koeficijent c max Naponski koeficijent c min Temperatura vodiča u NN kabelu: na početku kratkog spoja pri iskapanju za pad napona

400 V TN-C 50 Hz 50 V 45 °C 1,05 0,95 20 °C 80 °C 55 °C

87


Tablica 6.7 Natpisna pločica transformatora Oznaka

Vrsta

Sn [kVA]

ukr [%]

Uprim [kV]

Usec [V]

Pk [kW]

P0 [kW]

Vektorska grupa spoja

TRANSFORMATOR

GEAFOL

250

4

20

400

3,2

1,1

Dyn5

Zaštitni uređaji Tablica 6.8 SN prekidač Mjesto

Oznaka

Vrsta

In [A]

Količina

DOVODNO POLJE.1

SN PREKIDAČ

Tropoložajni prekidač

630

1

Tablica 6.9 Osigurači rastavljači Mjesto

Oznaka

In osigurača [A]

Korisnička kategorija

Veličina okvira

In bazno [A]

Ic bazno [kA]

Ik''max [kA] Lokacija

Količina Utičnica/ Osigurač

Z1-KPO

NVO-PRUGA-VP1

125

gG

2

630

52

9,478

1/3

X2-KPO

NVO-PRUGA-VP2

80

gG

2

630

52

9,478

1/3

RO-NN-3

NVO-PRUGA-VP3

80

gG

2

630

52

9,478

1/3

K1-RO

NVO-RAS-K1

50

gG

00

160

15

3,501

1/3

K2-RO

NVO-RAS-K2

50

gG

00

160

15

3,501

1/3

K3-KPO

NVO-PRUGA-VP4

80

gG

2

630

52

9,478

1/3

88


Tablica 6.10 Minijaturni prekidač Mjesto

Oznaka

In [A]

Icu/Icn [kA]


Vrsta okidača / karakteristik e

Količin a

Rasvjetna tijela

PR-Z1-RS3.1

6

6

2,576

C

2

Ostala trošila

PR-Z1-RS3.2

16

6

2,576

A

4

Jača trošila

PR-Z1-RS3.3

20

6

2,576

A

4

Rasvjetna tijela

PR-Z1-RS4.1

6

6

2,576

C

2

Ostala trošila

PR-Z1-RS4.2

16

6

2,576

A

4

Jača trošila

PR-Z1-RS4.3

20

6

2,576

A

4

Mini lift

PR-Z1-RZP2

25

6

3,710

A

1

Stubišna rasvjeta

PR-Z1-RZP1

10

6

3,710

A

2

Jača trošila

PR-Z1-RS1.3

20

6

2,725

A

4

Ostala trošila

PR-Z1-RS1.2

16

6

2,725

A

4

Rasvjetna tijela

PR-Z1-RS1.1

6

6

2,725

C

2

Ostala trošila

PR-Z1-RS2.2

16

6

2,725

A

4

Rasvjetna tijela

PR-Z1-RS2.1

6

6

2,725

C

2

Jača trošila

PR-Z1-RS2.3

20

6

2,725

A

4

Rasvjetna tijela

PR-K1.3

10

10

1,848

A

3

Ostala trošila

PR-K1.2

16

6

1,848

A

5

Jača trošila

PR-K1.1

20

6

1,848

A

2

Ostala trošila

PR-K2.2

16

6

1,848

A

5

Rasvjetna tijela

PR-K2.3

10

6

1,848

A

2

Jača trošila

PR-K2.1

20

6

1,848

A

2

89


Tablica 6.11 Osigurači sa postoljima Mjesto

Oznaka

In osigurača [A]

Korisnička kategorija

Veličina okvira

In bazno [A]

Ic bazno [kA]


Količina Utičnica/ Osigurač

DOVODNO POLJE.1

KS

500

gG

3

630

75

9,478

3/3

X1-KPO

KS-X1

50

gG

00

160

25

6,182

1/3

Z1-GRO

NVO-Z1

80

gG

2

400

50

6,182

3/3

Z1-ER2

NVP-Z1-ER2

50

gG

2

400

50

5,863

3/3

Z1-RS3

NVO-Z1-ER2.1

35

gG

00

160

25

5,296

3/3

Z1-RS4

NVO-Z1-ER2.2

35

gG

00

160

25

5,296

3/3

Z1-RZP

NVO-Z1-RZP

50

gG

2

400

50

5,863

3/3

Z1-ER1

NVO-Z1-ER1

50

gG

2

400

50

5,863

3/3

Z1-RS1

NVO-Z1-ER1.1

35

gG

00

160

25

5,568

3/3

Z1-RS2

NVO-Z1-ER1.2

35

gG

00

160

25

5,568

3/3

K3-RO

NVO-K3

50

gG

00

160

25

3,501

1/3

Ostali uređaji

OS-K3.2

16

flink

E 16

25

5

1,848

4/4

Rasvjetna tijela

OS-K3.3

10

flink

E 16

25

5

1,848

4/4

Jača trošila

OS-K3.1

20

traeg

E 16

25

5

1,848

2/2

JR

NVO-JR

63

gG

1

250

40

9,478

3/3

Rasvjetno tijelo

OS-JR-2

35

gG

DIII

63

10

8,174

5/5

Rasvjetno tijelo

OS-JR-1

35

gG

DIII

63

10

8,174

5/5

Rasvjetno tijelo

OS-JR-3

35

gG

DIII

63

10

8,174

5/5

Rasvjetno tijelo

OS-JR-4

35

gG

DIII

63

10

8,174

5/5

90


Kabeli i vodiči Tablica 6.12 SN kabel Oznaka

Vrsta/ Profil

KV-SN-TR

N2XS2Y 3x70

Početna točka / odredišna točka

Ib [A] Iz [A]

Materijal

Duljina [m]

Izolacija

Vsta instalacij a

3,732 303

Cu

3

XLPEkabel

Zemlja

DOVODNO POLJE.1

Tablica 6.13 NN kabeli i vodiči Oznaka

Vrsta/ Profil


Ib [A] Iz [A]

Materijal

Broj

Duljina [m]

Izolacija

Vsta instalacija

ΔU [%] po sekciji / ukupno

Količina

2xKV-TR-DP

H07V2-K 3x150/-/150

DOVODNO POLJE.1

186,6 798

Cu

2

5

PVC temp. osj.

E

0,032 1,700

1

KV-NN-VP1

NYKY 3x50/50/50

RP Z1-KPO

121,2 216

Cu

2

100

PVC70

D

1,006 2,706

1

KV-X1

NYKY 3x50/50/50

Z1-KPO X1-KPO

0 108

Cu

1

25

PVC70

D

0,000 2,706

1

KV-Z1

NYKY 3x35/35/35

Z1-KPO Z1-GRO

121,2 110

Cu

1

5

PVC70

B1

0,138 2,844

1

V-Z1-GRO1

NYKY 3x35/35/35

Z1-GRO Z1-ER2

55 110

Cu

1

10

PVC70

B1

0,125 2,969

1

V-Z1-ER2.1

NYKY 3x10/10/10

Z1-ER2 Z1-RS3

27,5 50

Cu

1

7

PVC70

B1

0,144 3,113

1

V-Z1-RS3.1

NYKY 1x1,5/1,5/1,5

Z1-RS3 Rasvjetna tijela

3 35

Cu

2

10

PVC70

B1

0,145 3,259

2

V-Z1-RS3.2

NYKY 1x2,5/2,5/2,5

Z1-RS3 Ostala trošila

10 92

Cu

4

10

PVC70

B2

0,146 3,259

4

V-Z1-RS3.3

NYKY 1x2,5/2,5/2,5

Z1-RS3 Jača trošila

16 96

Cu

4

10

PVC70

B1

0,234 3,347

4

V-Z1-ER2.2

NYKY 3x10/10/10

Z1-ER2 Z1-RS4

27,5 50

Cu

1

7

PVC70

B1

0,144 3,113

1

V-Z1-RS4.1

NYKY 1x1,5/1,5/1,5


3 35

Cu

2

10

PVC70

B1

0,145 3,259

2

V-Z1-RS4.2

NYKY 1x2,5/2,5/2,5


10 92

Cu

4

10

PVC70

B2

0,146 3,259

4

V-Z1-RS4.3

NYKY 1x2,5/2,5/2,5


16 96

Cu

4

10

PVC70

B1

0,234 3,347

4

V-Z1RZP

NYKY 3x35/35/35

Z1-GRO Z1-RZP

11,2 110

Cu

1

5

PVC70

B1

0,013 2,857

1

V-Z1-RZP2

NYKY 1x4/4/4

Z1-RZP Mini lift

16 32

Cu

1

10

PVC70

B1

0,587 3,444

1

91


Oznaka

Vrsta/ Profil


Ib [A] Iz [A]

Materijal

Broj

Duljina [m]

Izolacija

Vsta instalacija


Količina

V-Z1-RZP1

NYKY 1x1,5/1,5/1,5

Z1-RZP Stubišna rasvjeta

6 35

Cu

2

10

PVC70

B1

0,291 3,148

2

V-Z1-GRO2

NYKY 3x35/35/35

Z1-GRO Z1-ER1

55 110

Cu

1

5

PVC70

B1

0,063 2,906

1

V-Z1-ER1.1

NYKY 3x10/10/10

Z1-ER1 Z1-RS1

27,5 50

Cu

1

7

PVC70

B1

0,144 3,050

1

V-Z1-RS1.3

NYKY 1x2,5/2,5/2,5


16 96

Cu

4

10

PVC70

B1

0,234 3,284

4

V-Z1-RS1.2

NYKY 1x2,5/2,5/2,5


10 92

Cu

4

10

PVC70

B2

0,146 3,196

4

V-Z1-RS1.1

NYKY 1x1,5/1,5/1,5


3 35

Cu

2

10

PVC70

B1

0,145 3,196

2

V-Z1-ER1.2

NYKY 3x10/10/10

Z1-ER1 Z1-RS2

27,5 50

Cu

1

7

PVC70

B1

0,144 3,050

1

V-Z1-RS2.2

NYKY 1x2,5/2,5/2,5


10 92

Cu

4

10

PVC70

B2

0,146 3,196

4

V-Z1-RS2.1

NYKY 1x1,5/1,5/1,5


3 35

Cu

2

10

PVC70

B1

0,145 3,196

2

V-Z1-RS2.3

NYKY 1x2,5/2,5/2,5


16 96

Cu

4

10

PVC70

B1

0,234 3,284

4

KV-NN-VP2

NYKY 3x50/50/50

RP X2-KPO

0 108

Cu

1

100

PVC70

D

0,000 1,700

1

KV-NN-VP3

NYKY 3x35/35/35

RP RO-NN-3

36 91

Cu

1

100

PVC70

D

0,821 2,521

1

KV-K1

NYKY 3x35/35/35

RO-NN-3 K1-RO

18 99

Cu

1

10

PVC70

B2

0,041 2,562

1

V-K1.3

NYKY 1x1,5/1,5/1,5

K1-RO Rasvjetna tijela

6 52,5

Cu

3

10

PVC70

B1

0,194 2,756

3

V-K1.2

NYKY 1x2,5/2,5/2,5

K1-RO Ostala trošila

12 115

Cu

5

10

PVC70

B2

0,140 2,702

5

V-K1.1

NYKY 1x2,5/2,5/2,5

K1-RO Jača trošila

16 46

Cu

2

10

PVC70

B2

0,467 3,029

2

KV-K2

NYKY 3x35/35/35

RO-NN-3 K2-RO

18 91

Cu

1

10

PVC70

D

0,041 2,562

1

V-K2.2

NYKY 1x2,5/2,5/2,5

K2-RO Ostala trošila

12 115

Cu

5

10

PVC70

B2

0,140 2,702

5

V-K2.3

NYKY 1x1,5/1,5/1,5


6 33

Cu

2

10

PVC70

B2

0,291 2,852

2

V-K2.1

NYKY 1x2,5/2,5/2,5


16 46

Cu

2

10

PVC70

B2

0,467 3,029

2

KV-NN-VP4

NYKY 3x35/35/35

RP K3-KPO

14,4 91

Cu

1

100

PVC70

D

0,328 2,028

1

92


Oznaka

Vrsta/ Profil


Ib [A] Iz [A]

Materijal

Broj

Duljina [m]

Izolacija

Vsta instalacija


Količina

KV-K3

NYKY 3x35/35/35

K3-KPO K3-RO

14,4 91

Cu

1

10

PVC70

D

0,033 2,061

1

V-K3.2

NYKY 1x2,5/2,5/2,5

K3-RO Ostala uređaji

12 92

Cu

4

10

PVC70

B2

0,175 2,236

4

V-K3.3

NYKY 1x1,5/1,5/1,5


6 66

Cu

4

10

PVC70

B2

0,145 2,206

4

V-K3.1

NYKY 1x2,5/2,5/2,5


16 46

Cu

2

10

PVC70

B2

0,467 2,528

2

KV-JR

NYKY 3x25/25/25

RP JR

15 96

Cu

1

5

PVC70

C

0,023 1,723

1

V-JR-2

NYKY 1x4/4/4

JR Rasvjetno tijelo

6 32

Cu

1

50

PVC70

D

1,101 2,824

5

V-JR-1

NYKY 1x4/4/4

JR Rasvjetno tijelo

6 32

Cu

1

30

PVC70

D

0,660 2,384

5

V-JR-3

NYKY 1x4/4/4

JR Rasvjetno tijelo

6 32

Cu

1

70

PVC70

D

1,541 3,264

5

V-JR-4

NYKY 1x4/4/4

JR Rasvjetno tijelo

6 32

Cu

1

90

PVC70

D

1,981 3,705

5

Trošila Tablica 6.14 Promjenljivi teret Oznaka

Pn [kW]

In [A]

Un [V]

cos φ

ai

Spoj faza

Vrsta opterećenja

Količin a

Rasvjetno tijelo

1,109

6

230

0,8

1

L2-N

induktivno

5

Rasvjetno tijelo

1,109

6

230

0,8

1

L1-N

induktivno

5

Rasvjetno tijelo

1,109

6

230

0,8

1

L3-N

induktivno

5

Rasvjetno tijelo

1,109

6

230

0,8

1

L1-N

induktivno

5

Rasvjetna tijela

0,554

3

230

0,8

1

L1-N

induktivno

2

Ostala trošila

1,848

10

230

0,8

1

L1-N

induktivno

4

Jača trošila

2,956

16

230

0,8

1

L1-N

induktivno

4

Rasvjetna tijela

0,554

3

230

0,8

1

L2-N

induktivno

2

93


Oznaka

Pn [kW]

In [A]

Un [V]

cos φ

ai

Spoj faza

Vrsta opterećenja

Količin a

Ostala trošila

1,848

10

230

0,8

1

L2-N

induktivno

4

Jača trošila

2,956

16

230

0,8

1

L2-N

induktivno

4

Mini lift

2,956

16

230

0,8

1

L1-N

induktivno

1

Stubišna rasvjeta

1,109

6

230

0,8

1

L1-N

induktivno

2

Jača trošila

2,956

16

230

0,8

1

L2-N

induktivno

4

Ostala trošila

1,848

10

230

0,8

1

L2-N

induktivno

4

Rasvjetna tijela

0,554

3

230

0,8

1

L2-N

induktivno

2

Ostala trošila

1,848

10

230

0,8

1

L3-N

induktivno

4

Rasvjetna tijela

0,554

3

230

0,8

1

L3-N

induktivno

2

Jača trošila

2,956

16

230

0,8

1

L3-N

induktivno

4

Rasvjetna tijela

1,109

6

230

0,8

1

L1-N

induktivno

3

Ostala trošila

2,217

12

230

0,8

1

L2-N

induktivno

5

Jača trošila

2,956

16

230

0,8

1

L3-N

induktivno

2

Ostala trošila

2,217

12

230

0,8

1

L1-N

induktivno

5

Rasvjetna tijela

1,109

6

230

0,8

1

L1-N

induktivno

2

Jača trošila

2,956

16

230

0,8

1

L2-N

induktivno

2

Ostala uređaji

2,217

12

230

0,8

1

L1-N

induktivno

4

Rasvjetna tijela

1,109

6

230

0,8

1

L2-N

induktivno

4

Jača trošila

2,956

16

230

0,8

1

L3-N

induktivno

2

Navedene tablice predstavljaju odabir elemenata (vodiča, transformatora, trošila), te odabir i razmještaj zaštitnih uređaja unutar zadane konfiguracije mreže.

94


6.2.6. Karakteristike selektivnosti od SN strane napajanja do krajnjeg trošila U ovom primjeru je upotrijebljen prilično veliki broj zaštitnih elemenata jer je tako konfigurirana mreža. Radi ilustracije selektivnosti odabrane su karakteristike zaštitnih uređaja samo jedne grupe trošila Z1-RS1.1 (ZGRADA 1 – RAZDJELNIK STANA 1 . GRUPA TROŠILA 1). Karakteristike su preuzete iz izlazne dokumentacije programa SIMARIS DESIGN 4.1. Prema ostalim grupama trošila na isti način se mogu preuzeti

potrebne karakteristike koje su zbog

pojednostavljenja izuzete iz ovog rada.

Slika 6.7 Područje zaštitnog sustava od SN strane do grupe trošila Z1-RS1.1 Slika 6.8 prikazuje selektivno djelovanje uređaja između SN i NN strane transformatora. Iz karakteristika se može uočiti da su okružja karakteristika donjih zaštitnih uređaja ispod karakteristike SN prekidača, odnosno da SN prekidač potpuno selektivno djeluje sa nižim zaštitnim uređajima. Ovaj primjer ujedno prikazuje

serijski

spojen

prekidač

sa

nižim

osiguračima

odvojenim

transformatorom. 95


Slika 6.8 Selektivnost nadstrujne zaštite transformatorske stanice

Slika 6.9 Selektivnost zaštite NN grupe 1 vodnog polja 96


Izlazni kabeli vodnog polja štite se NVO osiguračima-rastavljačima koji se na su najčešće u izvedbi tzv. „pruga“ odnosno osigurači postavljeni u kućištima jedni ispod drugih. Ulošci su veličine 2 kako je zadano tehničkim uvjetima iz literature [18]. Na slici 6.9 prikazano je selektivno djelovanje osigurača-rastavljača koji štiti vodič NN grupe 1 u odnosu na više i niže zaštitne uređaje. Iz tih karakteristika se može vidjeti da je zadovoljena potpuna selektivnost. Iz ovih karakteristika se može vidjeti selektivnost serijski spojenih osigurača. Kabel koji povezuje KPO i GRO zgrade štićen je NVO osiguračem odabranim tako da zadovoljava potpunu selektivnost i zahtjeve vezane uz potrošnju. Selektivnost je prikazana na slici 6.10. Zahtjeve za selektivnošću i potrošnjom zadovoljavaju i osigurači odabrani između GRO i ER1. Karakteristika na slici 6.11 prikazuje da je i u ovom slučaju potpuna selektivnost zadovoljena. Glavni osigurači stanova odabrani su prema zahtjevima potrošnje stanova. Također su selektivni u odnosu na više i niže zaštitne uređaje (slika 6.12).

Slika 6.10 Selektivnost nadstrujne zaštite glavnog razvoda zgrade 1 97


Slika 6.11 Selektivnost nadstrujne zaštite etažnog razvoda 1 zgrade 1

Slika 6.12 Selektivnost nadstrujne zaštite razvodnika stana 1 zgrade 1 98


Instalacijski

zaštitni

uređaji

su

minijaturni

(instalacijski)

prekidači

čije

karakteristike teško mogu ispuniti zahtjev potpune selektivnosti, ali zadovoljavaju djelomičnu selektivnost (ograničenu granicom selektivnosti), što zadovoljava zahtjeve njihove primjene. Minijaturni prekidači su praktični što se izolacijskih svojstava i jednostavnosti upotrebe tiče, jer su namijenjeni nestručnim korisnicima. Nije potrebna zamjena dijelova (npr. zamjena uložaka kod instalacijskih osigurača), što dodatno povećava sigurnost korisnika. Na toj razini zadovoljavaju i ekonomskim kriterijima jer im je cijena prihvatljiva. Karakteristika djelovanja u odnosu na više zaštitne uređaje prikazana je na slici 6.13.

Slika 6.13 Selektivnost nadstrujne zaštite grupe trošila 1 stana 1 zgrade 1 Ovim primjerom prikazano je selektivno djelovanje niskonaponskih zaštitnih uređaja od transformatorske stanice 10(20) / 0,4 kV do krajnjeg trošila.

99


Program SIMARIS DESIGN 4.1 ima opciju procjene selektivnosti tako da na zadanom modelu mreže zaštitne sekcije označi bojama koje označavaju: •

potpuno selektivno djelovanje (zelena boja)

•

djelomično (parcijalno) selektivno djelovanje (žuta boja)

•

neselektivno djelovanje (siva boja).

Procjena selektivnosti prikazana je na slici 6.14.

Slika 6.14 Procjena selektivnosti u programu SIMARIS DESIGN 4.1

100

Zaključak

Zaključak Nadstrujna zaštita dijeli se na zaštitu od kratkog spoja, zaštitu od preopterećenja te zaštitu od neželjenog porasta temperature. Zaštitni uređaji koji se koriste za izvođenje nadstrujne zaštite pri pojavi nadstruje (struje preopterećenja ili struje kratkog spoja) reagiraju tako da isključe pogođeno mjesto. Kao zaštitni uređaji niskog napona u praksi se koriste osigurači, prekidači i sklopnici sa pripadnim relejima. Oni mogu raditi pojedinačno ili u kombinacijama. Kombiniranjem zaštitnih uređaja nadopunjuju se nedostaci pojedinačnih elemenata (npr. osigurači s prekidačima u kombinaciji imaju jako dobra zaštitna svojstva što se tiče brzine djelovanja, pouzdanosti i prekidne moći). Sustav zaštite čini skup zaštitnih uređaja i/ili kombinacija zaštitnih uređaja povezanih u jednu cjelinu. Takav sustav je selektivan ukoliko je sposoban detektirati i izolirati samo dio mreže pogođen kvarom. Selektivnost

se

može

izvesti

različitim oblicima

stupnjevanja:

strujno,

vremensko, logičko stupnjevanje i stupnjevanje usmjerenih zaštitnih uređaja. Prva tri oblika stupnjevanja se odnose na radijalne mreže, dok se četvrti odnosi na zamkaste mreže. Selektivnost može biti potpuna i djelomična. Potpuna selektivnost je ona kod koje se karakteristike viših i nižih zaštitnih uređaja nigdje ne sijeku, dok je djelomična selektivnost ona kod koje se karakteristike viših i nižih uređaja ne sijeku do vrijednosti struje koja se naziva granicom selektivnosti.

101

Zaključak

Iz praktičnog primjera se može vidjeti da se potpuna selektivnost može ostvariti najlakše ako su iste vrste uređaja spojene u seriju zbog sličnog oblika karakteristika.

Potpunu

selektivnost

moguće

je

jednostavno

ostvariti

i

kombinacijom prekidač – niži osigurač, ali kombinacija osigurač – niži prekidač ima manjih poteškoća sa ostvarivanjem potpune selektivnosti jer se karakteristike pri većim strujama sijeku. Takvim spojem za manja trošila se može ostvariti zadovoljavajuća djelomična (parcijalna) selektivnost, jer su kod manjih trošila struje kvara uglavnom manje od struje granice selektivnosti.

______________________ Darijo Bilić

102

Literatura

Literatura 1.

Priručnik Siemens: Switching, Protection and Distribution in Low-Voltage Networks - Handbook with selection criteria and planning guidelines for switchgear, switchboards, and distribution systems, Munich (Germany), 1994.

2.

Tehnička enciklopedija sv. 4, Leksikografski zavod Miroslav Krleža, Zagreb, 1997.

3.

Preve, C. : Protection of Electrical Networks, ISTE Ltd, London (United Kingdom), 2006.

4.

International Standard IEC 60947 Part 2: Low-voltage switchgear and controlgear, 2003.

5.

Tehnički priručnik "Končar", peto izdanje, Zagreb, 1991.

6.

ABB: Coordination tables, Bergamo, Italy, 2004.

7.

Fox G. H. : Power System Selectivity - The Basics Of Protective Coordination, s Interneta, www.geindustrial.com, svibanj 2008.

8.

International Standard IEC 60947 Part 1: Low-voltage switchgear and controlgear - General rules, 2004.

9.

Brown M. : Practical Power System Protection, Oxford, 2004.

10.

ETI d.d. : New Series of ETIBreak EB2 in View of Selectivity, s Interneta, www.eti.si/en/files/userfiles/ETI_SLO/clanki/, lipanj 2008.

11.

International

Standard

IEC

60898

Part

2:

Circuit-breakers

for

overcurrent protection for household and similar installations – Circuitbreaker for AC and DC operation, 2003. 12.

Končar NSP: Ulošci i podnozja NH osigurača, s Interneta, www.koncar-nsp.hr/, lipanj 2008.

103

Literatura

13.

Schneider Electric: Low Voltage Circuit-breaker Breaking Techniques, 2000.

14.

Sl. list SFRJ br. 13/78: Pravilnik o tehničkim normativima za zaštitu niskonaponskih mreža i pripadnih transformatorskih stanica, 1978.

15.

ABB: Low-voltage selectivity with ABB Circuit-breaker, Bergamo, Italy, 2007.

16.

ABB: Miniature Circuit Breakers, Bergamo, Italy, 2006.

17.

HEP Vjesnik – BILTEN br. 16: Tehnički uvjeti za TS 10(20)/0.4 kV, 1x630 kVA – kabelska izvedba – Tehnički uvjeti za TS 10(20)/0,4 kV 100(250) kVA – stupna izvedba, Zagreb, 1992.

18.

HEP Vjesnik – BILTEN br. 57: Tehnički uvjeti za TS 10(20)/0.4 kV, 1x250 kVA i 1x630 kVA – kabelska izvedba – Vanjsko posluživanje, Zagreb, 1997.

19.

HEP Vjesnik – BILTEN br. 60: Tehnički uvjeti za distribucijske uljne transformatorske stanice od 50 kVA do 1000 kVA napona 10/0,4 kV; 20/0,4 kV i 10(20)/0,4 kV, Zagreb, 1997.

20.

HEP Vjesnik – BILTEN br. 18: Tehnički uvjeti za izvedbu priključaka u višestambenim objektima, Zagreb, 1992.

21.

HEP Vjesnik – BILTEN br. 32: Tehnički uvjeti za izvođenje kućnih priključaka individualnih objekata, Zagreb, 1993.

22.

HEP Vjesnik – BILTEN br. 16: Tehnički uvjeti za sklopne aparature u metalnom kućištu (rmu) za nazivne napone 12 kv i 24 kv, Zagreb, 2004.

104

SELEKTIVNO DJELOVANJE ZAŠTITNIH UREĐAJA U NISKONAPONSKIM MREŽAMA

Recommend Documents