TRAKCJA ELEKTRYCZNA

AUTOMATYKA I STEROWANIE

ZABEZPIECZENIA

  Każdy obwód elektryczny jak i każde urządzenie musi posiadać zabezpieczenie, które chroni przed skutkami długotrwałych przeciążeń i zwarć. Zwarcia i długotrwałe przeciążenia mogą spowodować spalenie się obwodów elektrycznych lub nawet całkowicie zniszczyć urządzenie. W zależności od potrzeby różne zabezpieczenia dobiera się do urządzeń. Wszystkie zabezpieczenia znajdujące się po stronie wysokiego napięcia przyłączone są za pośrednictwem przekładników prądowych i napięciowych. W układach i liniach energetycznych oraz w zespołach przetwórczych kontrolowane mogą być:
- napięcie,
- natężenie prądu,
- kierunek przepływu mocy,
- stan izolacji (w stosunku do ziemi),
- temperatura.

ZABEZPIECZENIA NADMIAROWO-PRĄDOWE
  Zabezpieczenia nadmiarowo-prądowe mają za zadanie chronić obwody przed przepływem prądu o wartości większej niż dopuszczalna. Po stronie energetycznej najprostszy obwód sprowadza się do przekaźnika nadmiarowo-prądowego podłączonego do strony wtórnej przekładnika prądowego. Po stronie prądu stałego zabezpieczeniem nadmiarowo-prądowym jest wyzwalacz wyłącznika szybkiego.
Na krótkich liniach energetycznych łączących bezpośrednio podstację z rozdzielnią systemu energetycznego stosuje się zabezpieczenia bezwłoczne, natomiast na liniach zasilających podstację poprzez rozdzielnie pośrednie stosuje się zabezpieczenia zwłoczne, które umożliwiają selekcję wyłączania. W takim układzie będą wyłączane kolejno: podstacja, rozdzielnia rejonowa oraz rozdzielnia systemu.
Zabezpieczenia nadmiarowo-prądowe mogą współpracować z zabezpieczeniami podnapięciowymi. W czasie zwarcia wystąpi spadek napięcia, który uruchomi przekaźnik podnapięciowy co spowoduje wyłączenie linii.


  Przedstawiony na rysunku schemat zabezpieczenia nadmiarowo-prądowego zwłocznego zawiera trzy przekładniki prądowe, z których każdy włączony jest w obwód jednej fazy i zasila jeden przekaźnik prądowy. Styki przekaźników włączone są w obwód zasilania przekaźnika czasowego w taki sposób, że zadziałanie któregokolwiek przekaźnika prądowego powoduje wzbudzenie przekaźnika czasowego. W czasie pracy w przekładniku prądowym po stronie wtórnej płynie prąd zależny od prądu strony pierwotnej. Prąd ten zasila przekaźnik nadmiarowo-prądowy. W przypadku gdy prąd strony pierwotnej zwiększy się to proporcjonalnie wzrośnie prąd strony wtórnej. Przy odpowiedniej wartości spowoduje to zadziałanie przekaźnika. Zamknięcie styków przekaźnika spowoduje zasilenie przekaźnika czasowego co z kolei po upływie nastawionego czasu powoduje wzbudzenie mechanizmu wyłącznika, który otwiera styki i wyłącza wszystkie fazy zasilające. Z chwilą otwarcia się styków wyłącznika otwiera się także styk pomocniczy wyłącznika co powoduje przerwanie zasilania mechanizmu napędowego.

ZABEZPIECZENIA PODNAPIĘCIOWE
  Zabezpieczenia podnapięciowe mają za zadanie spowodować wyłączenie linii zasilającej, w przypadku gdy napięcie spadnie poniżej dopuszczalnej wartości lub całkowicie zaniknie. W przypadku prądu przemiennego obwód zabezpieczający jest podobny do zabezpieczenia nadmiarowo-prądowego, z tą różnicą, że zamiast przekładników prądowych stosuje się przekładniki napięciowe włączone między poszczególne fazy, które zasilają przekaźniki podnapięciowe (zwane zanikowo-napięciowymi). Zwykle nie stosuje się zabezpieczeń zwłocznych, z uwagi na bezpieczeństwo (nagły powrót napięcia po gwałtownym zaniku może spowodować gwałtowny przepływ prądu). Działanie przekładnika napięciowego opiera się na podobnej zasadzie co przekładnika prądowego. W czasie pracy w uzwojeniu wtórnym indukuje się napięcie proporcjonalne do napięcia strony pierwotnej. Indukowane napięcie wymusza przepływ prądu zgodnie z prawem Ohma. W przypadku spadku lub zaniku napięcia w jednej fazie, w odpowiednich przekładnikach zaindukuje się po stronie wtórnej niższe napięcie, co z kolei wywoła przepływ prądu o mniejszej wartości co spowoduje zamknięcie styków przekaźnika i zasilenie mechanizmu napędowego wyłącznika.


  Na powyższym schemacie zabezpieczenia podnapięciowego trzy przekładniki napięciowe podłączone są do poszczególnych faz (L1-L2, L2-L3, L3-L1) i zasilają poszczególne przekaźniki napięciowe. Obniżenie się napięcia spowoduje zadziałanie przekaźnika i zamknięcie styków. Z chwilą otwarcia się styków wyłącznika otwiera się także styk pomocniczy wyłącznika co powoduje przerwanie zasilania mechanizmu napędowego.

ZABEZPIECZENIA ZIEMNOZWARCIOWE
  Zabezpieczenia ziemnozwarciowe mają za zadanie reagować na prądy upływowe będące wynikiem zwarć doziemnych. W czasie normalnej pracy układów zachodzi warunek:
I _A + I _B + I _C = 0 - w układach symetrycznych,
I _A + I _B + I _C = I _N - w układach niesymetrycznych
  Oznacza to, że w układach symetrycznych suma geometryczna prądów fazowych jest równa zero, natomiast w układach niesymetrycznych suma prądów fazowych jest równa prądowi płynącemu w przewodzie neutralnym. W przypadku zwarcia doziemnego powyższe warunki zostaną naruszone co spowoduje zadziałanie przekaźnika różnicowego i wyłączenie linii.
  Przekaźnik różnicowy składa się z 4 członów:
- pomiarowego, który stanowi przekładnik Ferrantiego reagujący na różnice prądów;
- wzmacniającego, który wzmacnia sygnał w przypadku różnicy prądów w obwodzie mierzonym;
- wyłączającego, który stanowi wyłącznik otwierający obwód w którym wystąpiła różnica prądów;
- kontrolnego, który umożliwia przeprowadzanie kontroli wyłącznika.

  Dla uproszczenia na rysunku został pominięty człon kontrolny.


  Na rysunku została przedstawiona zasada działania wyłącznika różnicowo-prądowego bez przewodu neutralnego. Wszystkie trzy fazy przeprowadzone są przez przekładnik Ferrantiego, który składa się z rdzenia, na którym nawinięte jest uzwojenie pomiarowe. W stanie równowagi geometryczna suma prądów płynących przez przekładnik jest równa zero. W przypadku zachwiania tej równowagi (zwarcie doziemne) w przekładniku zaczyna się indukować siła elektromotoryczna. Ponieważ obwód pomiarowy jest zamknięty więc zaczyna płynąć prąd, który w członie wzmacniającym jest wzmacniany. Tym sygnałem zostaje zasilony wyzwalacz członu wyłączającego co powoduje otwarcie się styków wyłącznika i przerwę w obwodzie mierzonym.

  W praktyce wyłączników różnicowo-prądowych nie instaluje się bezpośrednio w liniach zasilających wysokich napięć z uwagi na koszty. Do zasilania ich wykorzystuje się przekładniki, które jednocześnie służą do pomiarów lub zasilania innych przyrządów. Wówczas w obwód wyłącznika różnicowo-prądowego włączone są obwody przekładników. Wyłączenie linii natomiast nie polega na przerwaniu obwodu przekładników zasilających wyłącznik różnicowo-prądowy, a na wysłaniu sygnału do wyłącznika głównego, który wyłącza linię zasilającą.
Należy zwrócić uwagę, ze wyłącznik różnicowo-prądowy nie reaguje na przeciążenia i zwarcia między przewodami roboczymi, dlatego wraz z nim trzeba stosować dodatkowe zabezpieczenia.

  W rozdzielni minusowej znajduje się także zabezpieczenie ziemnozwarciowe jednak działa na innej zasadzie. Jego rolą jest wykrywanie zwarć w pobliżu podstacji i ochrona przed pojawieniem się na szynach rozdzielni zbyt wysokiego potencjału.

ZABEZPIECZENIA ZESPOŁÓW PRZETWÓRCZYCH
  Zespoły przetwórcze są chronione przez zestawy zabezpieczeń, które kontrolują napięcie, natężenie prądu, temperaturę i poziom oleju w transformatorze oraz stan diod w prostowniku.
Pole zespołu przetwórczego zwykle posiada następujące zabezpieczenia:
- po stronie zasilania znajduje się wyłącznik zespołu przetwórczego reagujący na przeciążenia, zwarcia i zaniki napięcia;
- transformator wyposażony jest model cieplny, który mierzy temperaturę oleju oraz w przekaźnik gazowo-podmuchowy;
- prostownik wyposażony może być w kontroler stanu diod oraz termometr (w starszych rozwiązaniach).

  W starszych zespołach przetwórczych z prostownikami rtęciowymi jako zabezpieczenie stosowano wyłącznik katodowy, który reagował na zapłony wsteczne, które mogły zniszczyć prostownik.

STEROWANIE | ZDALNE STEROWANIE | UZALEŻNIENIA I BLOKADY | POMIARY

Poniżej znajdują się odnośniki do poszczególnych zagadnień związanych z trakcją elektryczną:

AUTOMATYKA I STEROWANIE | OGÓLNE INFORMACJE | SYSTEMY ZASILANIA | SILNIKI TRAKCYJNE SIEĆ TRAKCYJNA | PODSTACJE TRAKCYJNE | ELEKTRYFIKACJA I EKSPLOATACJA | HAMOWANIE ELEKTRYCZNE