Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 11/2016 vyšlo tiskem
7. 11. 2016. V elektronické verzi na webu od 1. 12. 2016. 

Téma: Rozváděče a rozváděčová technika; Točivé stroje a výkonová elektronika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu

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

Přiřazování pojistek vn k distribučním transformátorům

číslo 3/2002

Inovace, technologie, projekty

Přiřazování pojistek vn k distribučním transformátorům

Úvod

Obr. 1.

V roce 2001 rozšířila firma OEZ s. r. o. oblast jištění o primární stranu distribučních transformátorů. V tomto směru již také byly upraveny poslední verze programu Sichr. Vzhledem k tomu, že vypnutí pojistky vn způsobí přerušení dodávky elektrické energie se všemi negativními následky, je nezbytné věnovat přiřazení těchto pojistek a jejich selektivitě s nízkonapěťovými prvky velkou pozornost.

Pojistky vn dodávané firmou OEZ s. r. o. jsou proudově omezující pojistky s rozměry dle DIN 43625 a vyhovující ČSN EN 60282-1. Svými technickými parametry umožňují spolehlivou ochranu distribučních transformátorů před zkratovými proudy. Dodávají se ve třech typových řadách, odpovídajících třem napěťovým hladinám, s označením PL45 pro rozsah 6 až 100 A, 10/12 kV, PM45 – 6 až 63 A, 22/25 kV, PQ45 – 6 až 50 A, 35/38,5 kV. Popis uvedených pojistek a jejich parametry lze nalézt v katalogu OEZ „VN pojistky“.

Funkce pojistky na primární straně transformátoru

Před rozvahou o přiřazování pojistek vn je třeba si nejprve ujasnit, jakou funkci pojistka vn na primární straně distribučního transformátoru vůbec má. Lze to shrnout do těchto bodů:

  • při zkratu na primárních svorkách transformátoru jistí vedení a zmenšuje poškození transformátoru,
  • při mezifázovém zkratu jistí vedení a omezuje destrukci transformátoru,
  • při zkratu na sekundárních svorkách jistí vinutí transformátoru před poškozením.

Tato pojistka však v žádném případě nejistí transformátor před přetížením! To musí zajistit správně volené jisticí prvky nn (jističe nebo pojistky s charakteristikou gTr), které však musí být selektivní s jištěním primární strany. O tom je pojednáno v dalším textu.

Kritéria pro přiřazení pojistky vn

Aby pojistka vn plnila všechny funkce, které se od ní očekávají, a aby současně umožňovala zapnutí a chod transformátoru, včetně běžných provozních přetížení, a nevypínala při zkratech v nízkonapěťovém rozvodu, musí mít dostatečnou vypínací schopnost, musí odolávat záběrnému magnetizačnímu proudu, vypínat dostatečně rychle zkrat na sekundárních svorkách, zvládat nejmenší zkratové proudy v ob-vodu a být selektivní s jisticími prvky nízkonapěťové strany. Tyto požadavky jsou zajišťovány následujícími kritérii:

a) Vypínací schopnost
S tímto kritériem nejsou žádné potíže, neboť v českých sítích vn je dosahováno hodnot max. do 12,5 kA. Pojistky PL45 a PM45 mají vypínací schopnost 50 kA a PQ45 pak 35,5 kA. Tyto parametry významně přesahují uvedené dosahované hodnoty, a není proto nutné se jimi dále zabývat.

b) Odolnost proti magnetizačnímu proudu transformátoru
Předřazená pojistka vn nesmí vypnout magnetizační proud při spouštění transformátoru, jehož maximální hodnota je uvažována jako dvanáctinásobek In po dobu 100 ms. Splnění tohoto požadavku lze snadno zjistit z tavné ampérsekundové charakteristiky (uveřejněné v katalogu). Způsob nalezení tohoto bodu je uveden na obr. 1. Má-li přiřazovaná pojistka tomuto kritériu vyhovovat, musí její charakteristika probíhat vpravo od tohoto bodu. Ukázka hodnocení tohoto kritéria je v tab. 1.

Tab. 1. Příklad hodnocení kritérií b) a c) u transformátoru 250 kV·A

Transformátor 22 kV Pojistka Magnetizační proudy – kritérium b) Vypínání zkratu – kritérium c)
Výkon (kV·A) uk (%) Typ In (A) Ie (A) tv (Ie) (s) tv (Ie) > 0,1 s Ik (A) tv (Ik) (s) tv (Ik) < 2
250 4 PM45 10 79 0,07 ne 164 0,01 ano
16 79 0,55 ano 164 0,04 ano
20 79 30 ano 164 0,2 ano
25 79 90 ano 164 1 ano
32 79 300 ano 164 4 ne
6 PM45 10 79 0,07 ne 109 0,03 ano
16 79 0,55 ano 109 0,15 ano
20 79 30 ano 109 2,5 ne
25 79 90 ano 109 10 ne
32 79 300 ano 109 40 ne

Obr. 2.

c) Včasné vypnutí zkratu na sekundárních svorkách transformátoru
Podle ČSN EN 60076-5 musí transformátor bez poškození odolat zkratu na sekundárních svorkách po dobu 2 s. Předřazená pojistka vn tedy musí do této doby primární zkratový proud vypnout. Hodnota zkratového proudu se zjišťuje ze vzorce Ik = 100 In/uk. Další postup je obdobný jako v předchozím bodě (obr. 1), avšak s tím rozdílem, že má-li předřazovaná pojistka požadovanému kritériu vyhovět, její ampérsekundová charakteristika musí probíhat nalevo od tohoto bodu. Zde je třeba upozornit na hodnotu uk, která u transformátorů 250 kV·A a menších může být jak 4, tak i 6 %. To má na výsledek nezanedbatelný vliv. Transformátory vyšších hodnot jsou obvykle s uk = 6 %. Ukázka hodnocení tohoto kritéria je rovněž v tab. 1.

Obr. 3.

d) Zvládnutí nejmenších zkratových proudů v obvodu (I3)
Pojistky vn používané pro jištění distribučních transformátorů jsou obvykle pojistky s tzv. omezeným rozsahem funkce. Rovněž pojistky PL, PM a PQ mají tuto vlastnost. Znamená to, že tyto pojistky neumějí určitou oblast nízkých nadproudů vypínat. I3 je hodnota proudu, který tuto zakázanou oblast shora ohraničuje a již je vypínání schopen. Kdyby pojistka v této oblasti vypínala, nastalo by nadměrné oteplení pouzdra a kontaktů, které by mohlo poškodit okolí (zejména u zapouzdřených rozvodů). Popřípadě může dojít až k destrukci pouzdra a vysypání písku s možností následné exploze. Přesto je použití těchto pojistek výhodné, a to zejména proto, že jsou levnější a tuto zakázanou oblast při správném přiřazení pro svou funkci nepotřebují. Nejistí totiž přetížení a jsou přiřazovány s jmenovitým proudem dvakrát až třikrát větším, než je jmenovitý proud transformátoru. Jinak by totiž nebyly schopny přenést magnetizační proudy. V tomto kritériu se tedy sleduje, zda v místě transformátoru se při zkratu na sekundárních svorkách vyvine dostatečně velký primární proud – větší než proud I3 pojistky. Při výpočtu se vycházelo z obr. 2, ze kterého je patrné, že tento proud je závislý na zkratovém výkonu v místě odbočení ze sítě vvn, výkonu a uk transformátoru vvn/vn, délce, průřezu a druhu vedení vn a výkonu a na uk transformátoru vn/nn.

Standardní parametry uvedené ve schématu byly konzultovány s pracovníky ČEPS. Nejběžnější hodnota zkratového výkonu v místě odbočení ze sítě vvn je 3 500 MV·A, nejnižší se pohybuje kolem 70 MV·A, a je zcela výjimečná, proto nebyla uvažována. Transformátory vn/nn byly uvažovány v obou verzích uk (jestliže existují). Pro uvedení vlastního výpočtu zkratového proudu není v tomto článku dostatek prostoru; příklad vyhodnocení je v tab. 2.

Tab. 2. Příklad výpočtu přípustné délky vedení podle schématu na obr. 2

Výkon transformátoru Pojistka (A) Výkon sítě (MV·A) Délka vedení (km) Min. vypínací proud I3 (A)
630 kV·A uk = 6 % 32 6 000 68 105
3 500 67
1 000 66
450 65
40 6 000 20 140
3 500 20
1 000 19
450 17
70 1

Je-li z předchozích kritérií k dispozici více než jedna pojistka, nižší hodnota se volí při nízkém zkratovém výkonu sítě vvn v místě odbočení, delším vedení nebo menším průřezu vedení vn a zejména při vyšší hodnotě uk transformátoru vn/nn.

c) Selektivita s jisticími prvky nízkonapěťové strany
Posledním kritériem – nikoliv však významově – je selektivita. Ta, je-li správně nastavena, zajistí v případě zkratu, že v jednotlivých vývodech nevypne hlavní jistič, popř. pojistka gTr, a při zkratu na vývodních svorkách jističe nebo pojistkového odpínače s  pojistkami gTr nedojde k přetavení pojistek vn. V obou případech by byla přerušena dodávka v celé napájené oblasti. Ke kontrole selektivity lze využít program Sichr verze 2.00 a vyšší. Ukázka kontroly selektivity je na obr. 3.

Selektivita byla samozřejmě kontrolována. V některých případech tento postup vedl k vyřazení některých jmenovitých proudů a k zúžení pásem přípustných pojistek, ačkoliv všem ostatním kritériím vyhověly. Výsledkem jsou údaje v tab. 3 (pro jednoduchost pouze pro síť 22 kV). Zmíněná tabulka se poněkud liší od tabulky uveřejněné dříve, a to zejména proto, že byly zakomponovány nově zjištěné skutečnosti, především české výkonové poměry v distribučních sítích. Tabulku 3 proto nelze bez úprav použít pro odlišnosti v charakteristikách a proudu I3 pojistek ostatních výrobců, neboť mezinárodní ani evropská, popř. česká norma na pojistky vn tyto parametry nestanovují, a ty se mohou značně lišit. Tabulky sestavené zahraničním výrobcem zase nerespektují tuzemské výkonové poměry a obvyklé osazení jisticích prvků nízkonapěťové strany v ČR.

Tab. 3. Konečná tabulka přiřazení pojistek PM 45, 22/25 kV

Transformátor (kV·A) primární strana sekundární strana
22/25 kV 400/420 V
pojistka PM45 pojistka PLN gTr (kV·A) jistič BA
In min (A) In max (A)
50 6 6 50 BA511-33, 80 A
100 6 10 100 BA511-33, 160 A
160 16 16 160 BA511-37, 250 A
250 16 20*) 250 BA511-37, 400 A
400 25 25 400 BA511-39, 630 A
630 32 40 630 BA51-41, 1 000 A

*) pouze pro transformátory s uk = 4 %

Závěr

Elektrická energie se stala zbožím se všemi důsledky při jeho nedodání. Proto je žádoucí věnovat jištění distribučních obvodů zvýšenou pozornost, a to nejen z hlediska minimalizace škod na zařízení při zkratu, ale i z hlediska zabránění škodám vzniklým nedodávkou při neopodstatněném vypnutí. V souvislosti s rozšířením působení firmy OEZ s. r. o. do oblasti pojistek vn je budována i technická základna, která umožní uživatelům těchto pojistek diskutovat jejich optimální použití – i mimo rámec zmíněné tab. 3 – při řešení speciálních případů.

OEZ s. r. o.
Šedivská 339
561 51 Letohrad
tel.: 0446/67 21 11
fax: 0446/62 11 32
oez@oez.cz
http://www.oez.cz