Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 12/2016 vyšlo tiskem
7. 12. 2016. V elektronické verzi na webu od 6. 1. 2017. 

Téma: Měření, měřicí přístroje a měřicí technika; Zkušebnictví a diagnostika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu (2. část – dokončení)

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Více aktualit

Posouzení jištění transformátoru proti nadproudům

Ing. Bernard Lukáš, specialista silnoproudé elektrotechniky
 

1. Blokové schéma zapojení, jištění a parametry transformátoru

Na obr. je blokové schéma zapojení. Popis jištění a parametry transformátoru jsou uvedeny v tab.
 

2. Výpočet zkratových proudů

 
2.1 Primární zkratový proud při zkratu na výstupu obou sekundárních vinutí
Pn = 2 380 kV·A, Un = 22 kV, In = 62,5 A, uK = 8,4 %
 

2.1.1 Výpočet složek impedance zkratového obvodu

a) jmenovitá impedance transformátoru:
 
ZnT = Uf/In = 22 000/(√3·62,5) = 203,227 Ω
 
b) impedance transformátoru nakrátko: ZKT = uK·ZnT = 0,084 × 203,233 = 17,072 Ω
 
c) činný odpor a reaktance transformátoru nakrátko za podmínky, že:
 
uKXuKR = tg φ = 4,4 ⇒, cos φ = 0,222 a sin φ = 0,975: 
  • činný odpor: RKT = ZKT·cos φ = 17,072 × 0,222 = 3,79 Ω
  • reaktance: XKT = ZKT·sin φ = 17,072 × 0,975 = 16,645 Ω
d) pro vedení AXEKCY 3× 1 × 70, 250 m platí:
RK = 0,128 Ω
XK = 0,073 Ω
 
e) celková impedance obvodu:
 
Z = √[(RKT + RX)2 + (XKT + XX)2] = √[(3,790 + 0,128)2 + (16,645 + 0,073)2] = 17,171 Ω
 
f) ustálený třífazový zkratový proud:
 
IK3 = 22 000/(√3 · 17,171) = 740 A
 
g) ustálený dvoufázový zkratový proud:
 
IK2 = 22 000/(2·17,171) = 641 A
 
S přihlédnutím na útlum venkovní napájecí sítě 22 kV budou skutečné zkratové poměry:
h) ustálený třífázový zkratový proud skutečný: IK3s = 0,95IK3 = 0,95 × 740 = 703 A
i) ustálený dvoufázový zkratový proud skutečný: IK2s = 0,8IK2 = 0,8 × 641 = 513 A
 

2.2 Primární zkratový proud při zkratu na výstupu jednoho sekundárního vinutí

Pn = 1 190 kV·A, Un = 22 kV, In = 31,25 A, uK = 7,3 %
 

2.2.1 Výpočet složek impedance zkratového obvodu

 
a) jmenovitá impedance transformátoru: ZnT = Uf/In = 22 000/(√3·32,25) = 406,455 Ω
 
b) impedance transformátoru nakrátko: ZKT = uK·ZnT = 0,073 × 406,455 = 29,671 Ω
 
c) činný odpor: RKT = ZKT·cos φ = 29,671 × 0,222 = 6,590 Ω
 
d) reaktance: XKT = ZKT·sin φ = 29,671 × 0,975 = 28,930 Ω
 
e) pro vedení AXEKCY 3× 1 × 70, 250 m platí: RK = 0,128 Ω, XK = 0,073 Ω
 
f) celková impedance obvodu: Z = √(RKT + RX)2 + (XKT + XX)2 = √(6,590 + 0,128)2 + (28,930 + 0,073)2 = 29,770 Ω
 
g) ustálený třífázový zkratový proud: IK3 = 22 000/(√3·29,770) = 427 A
 
h) ustálený dvoufázový zkratový proud: IK2 = 22 000/(2·29,770) = 369 A
 
S přihlédnutím na útlum venkovní napájecí sítě 22 kV budou skutečné zkratové poměry:
i) ustálený třífázový zkratový proud skutečný: IK3s = 0,95IK3 = 0,95 × 427 = 406 A
j) ustálený dvoufázový zkratový proud skutečný: IK2s = 0,8IK2 = 0,8 × 369 = 295 A
 
Pozn.:
Při výpočtu zkratových poměrů byly zanedbány příspěvky točivých strojů, které jsou zanedbatelné. Útlum nadřazené napájecí sítě 22 kV stanovený pro třífázový zkrat byl zohledněn činitelem 0,95 a pro dvoufázový zkrat činitelem 0,8.
 

3. Posouzení jištění transformátoru T7

 

3.1 Jištění proti zkratu

 

3.1.1 Nadproudová ochrana F1, AT31X

Tato ochrana (In = 5 A, 24 V DC) je nastavena na vypínací hodnotu proudu Ir = 1 × 5 × 75/5 = 75 A a vypínací doba 0,5 s. Ochrana jistí napájecí kabel 22 kV a transformátor proti dvoufázovému i třífázovému zkratu vzniklému na trase kabelu, vstupu primárního vinutí nebo výstupu jednoho nebo obou sekundárních vinutí transformátoru.
 

3.1.2 Nadproudová ochrana F2, A32

Tato ochrana (In = 25 A) s vypínáním bez časového zpoždění s původním nastavením na vypínací hodnotu proudu Ir = 0,8 × 25 × 75/5 = 300 A a mžiková vypínací doba 50 ms byla z důvodu chybných, tj. nežádoucích vypínání (rázovým přechodovým proudem při zapínání transformátoru) přestavena na vypínací hodnotu Ir = 1,2 × 25 × 75/5 = 450 A při nezměněné vypínací době 50 ms. Ochrana jistí napájecí kabel a transformátor proti dvoufázovým i třífázovým zkratům, vzniklým na trase kabelu a vstupu prim. vinutí. Na sekundární straně pouze v případě obou paralelně propojených vinutí přes plně otevřené řízené výkonové usměrňovače. Vypínání je mžikové (doba zpoždění 50 ms).
 

3.2 Jištění proti přetížení

Z blokového schématu je zřejmé, že sekundární výstup obou vinutí není jištěn proudovými ochranami proti přetížení. Dodavatel technologie řešil problém vestavěnými zapojenými termistory, které prostřednictvím vyhodnocovacího relé dávají popud k vypínání transformátoru při překročení dovolené teploty vinutí. Podle vyjádření vedoucího elektroúdržby je funkce vypínacího obvodu ověřována rozpojením obvodu ve lhůtě minimálně jednou ročně. Proti tepelnému přetížení vinutí je transformátor jištěn kvalitativně vyšší tepelnou ochranou prostřednictvím vestavěných pozitivních termistorů a vyhodnocovacího relé, dávající popud k vypínání.
 

4. Závěr

Podle štítkových údajů transformátoru je přípustný zkratový proud na straně 22 kV, 740 A po dobu 2 s. Zkratové proudy nedosahují uvedené hodnoty a jsou vypínány v podstatně kratších časových intervalech, a to proudy nad 450 A za 50 ms, proudy 75 až 450 A za 0,5 s. Proti tepelnému přetížení je jištění instalováno podle odst. 2, navíc je teplota komory transformátoru trvale sledována obsluhou. Jištění transformátoru vyhovuje bezpečnostním požadavkům provozu a čl. 8, tab. 9, normy ČSN 33 3051 (Ochrany elektrických strojů a rozvodných zařízení) platné v době instalace transformátoru.
 
S přihlédnutím na technickou zastaralost elektromechanických proudových ochran a nutnosti jejich pravidelného zkoušení lze doporučit jejich výměnu za moderní typ (např. SPAM 150C), který obsahuje výstup samočinné kontroly, má vícestupňové nadproudové moduly proti zkratům, přetížení, zemnímu spojení, varovný alarm začátku přetížení a komunikační port.
 
Obr. Blokové schéma transformátoru F7 a výkonové elektroniky kelímkové pece
Tabulka s údaji k blokovému schématu