ei_2004_04_s058.pdf

ochrona

zwarciowa i przeciążeniowa

metody badań przed

porażeniem i ocena

bezpieczeństwa elektrycznego

w instalacjach i urządzeniach niskiego napięcia zasilanych z agregatów

mgr inż. Zdzisław Strzeżysz*), mgr inż. Julian Wiatr

cia agregat prądotwórczy sta-

nowi rezerwowe źródło zasilania,

zapewniające dostawę energii elek-

trycznej do odbiorników, w przy-

padku przerwy w jej dostawie z sys-

temu elektroenergetycznego. Wiele

współczes-nych obiektów budowla-

nych wymaga dodatkowego zasila-

nia z generatora niskiego napięcia.

Do obiektów tych można zaliczyć:

banki, centrale telefoniczne, centra

komputerowe, centra handlowe, ko-

mercyjne budynki biurowe i inne,

w których należy zabezpieczyć wy-

soki stopień niezawodności zasila-

nia. Zasilanie obiektu budowlanego

z sieci energetycznej oraz z agrega-

tu jest realizowane przez układ SZR,

wyposażony w blokadę mechanicz-

ną i elektryczną uniemożliwiającą

podanie zasilania z obydwu źródeł

jednocześnie. Każda instalacja agre-

gatu prądotwórczego wymaga pro-

jektu technicznego, który należy

uzgodnić wlokalnym Zakładzie

Energetycznym.

Podczas projektowania zasilania

z agregatu należy pamiętać, że sta-

nowi on osobne źródło zasilania,

a projektowana instalacja odbior-

cza wymaga przeprowadzenia osob-

nych obliczeń zwarciowych - oddziel-

nie dla dwóch różnych źródeł prą-

du zwarciowego, którymi są: sys-

tem elektroenergetyczny oraz gene-

rator agregatu, zainstalowany w pro-

jektowanym budynku lub w jego po-

bliżu. Generator, w przeciwieństwie

do systemu elektroenergetycznego,

stanowi źródło „miękkie”, ponie-

waż jego impedancja ulega zmianie

wraz z upływem czasu trwania zwar-

cia, co powoduje odmienność warun-

ków zwarciowych w stosunku do sie-

ci energetycznej, które stanowi źró-

dło „sztywne” (impedancja źródła

transformatora nie ulega zmianie

wraz z upływem czasu zwarcia).

Przed przystąpieniem do wyjaś-

nienia kolejności obliczeń, która

nie różni się od obliczania zwarć

zasilanych przez źródło „sztywne”

i jest wyjaśniona w normach zwar-

ciowych lub wielu podręcznikach,

zostaną wyjaśnione zjawiska zacho-

dzące podczas zwarcia w generato-

rze synchronicznym. Rozpatrzone

zostanie zwarcie trójfazowe gene-

ratora: wewnątrz statora z trzema

uzwojeniami fazowymi (a, b, c) wi-

ruje z prędkością w ; rotor mający

uzwojenia wzbudzenia i klatki tłu-

miące w obu osiach d i q (rys. 1) .

Mierzony od osi fazy A kąt osi

wzdłużnej d rotora wynosi g = w *t.

Strumień rotora wywołuje pod-

czas pracy ustalonej gwiazdę SEM

w uzwojeniach statora. Przed wy-

stąpieniem zwarcia, każde z uzwo-

jeń posiada pewną energię magne-

tyczną. Zwarcie generatora, jako

źródła napięcia, powoduje powsta-

nie okresowego prądu zwarcia. Dla

zachowania ciągłości skojarzeń ma-

gnetycznych, w każdym z zamknię-

tych uzwojeń wyzwalają się prą-

dy pochodzące od energii pola ma-

gnetycznego. W uzwojeniu wzbu-

dzenia i w uzwojeniach tłumiących,

w pierwszej chwili zwarcia powsta-

ją prądy podtrzymujące poprzed-

nie wartości strumienia skojarzo-

nego z tymi uzwojeniami. W rezul-

tacie strumień stojana pochodzący

ka. Tak więc w krótkim czasie po wy-

stąpieniu zwarcia, strumień stojana

pochodzący od prądu zwarcia może

wejść w część wirnika. Stan gene-

ratora, w którym strumień stojana

jest jeszcze wypychany poza uzwo-

jenia wzbudzenia, nazywa się sta-

nem przejściowym. Zanikanie prą-

du w uzwojeniu wzbudzenia jest

dość powolne (małe rezystancje).

Prąd znika jednak po pewnym cza-

sie i strumień stojana może bez

przeszkód przejść przez cały wirnik.

Stan ten nazywa się stanem ustalo-

nym zwarcia.

Reaktancja uzwojenia zależy od

drogi strumienia tego uzwojenia,

a ten z kolei przechodzi przez drogę

o zmieniającej się oporności magne-

tycznej i dlatego można powiedzieć,

że reaktancja generatora zmienia się

Rys. 1 Schematyczny przekrój przez ma-

szynę synchroniczną

Rys. 2 Przebiegi wypychanego poza wirnik strumienia stojana: a) stan podprzejściowy,

b) stan przejściowy, c) stan ustalony

Rys. 1 Schematyczny przekrój

przez maszynę synchroniczną: F -

symbol uzwojenia wzbudzenia, D -

symbol klatki tłumiącej, a 1 , a 2 , b 1 ,

b 2 , c 1 , c 2 – początki i końce uzwojeń

poszczególnych faz A, B, C; a, b, c

– osie uzwojeń poszczególnych faz;

d, q – osie wirnika; Y f – strumień

wzbudzenia; Y fl – strumień rozpro-

szenia uzwojenia wzbudzenia; g =

w t – kąt położenia osi d wirnika

względem osi uzwojenia fazy A.

od prądu zwarcia w pierwszej chwi-

li nie może przejść przez uzwojenie

wirnika. Stan maszyny synchronicz-

nej, w którym strumień omija wir-

nik, nazywa się stanem podprzej-

ściowym.

Rezystancja uzwojeń wirnika po-

woduje, że powstałe w nich prą-

dy znikają wskutek zamiany ener-

gii magnetycznej uzwojenia na cie-

pło. Rezystancja uzwojeń tłumiących

jest duża i prąd bardzo szybko zani-

w czasie trwania zwarcia. W pierw-

szej chwili zwarcia (stan podprzej-

ściowy) strumień omija cały wirnik,

przechodząc przez długą szczelinę.

Reaktancja odpowiadająca tej sytu-

acji jest mała, nazywana podprzej-

ściową i oznaczana X d ”. W stanie

przejściowym strumień częściowo

przechodzi przez wirnik i reaktan-

cja odpowiadająca tej sytuacji nosi

nazwę przejściowej, wyraża ją sym-

bol X d ’. W stanie ustalonym zwarcia

www.elektro.info.pl

nr 4/2004

Lead

W instalacjach niskiego napię-

występuje reaktancja synchroniczna

i jest oznaczana X d .

Dla przykładu:

X d ” = 18%

X d ’ = 36%

X d = 200% w stosunku do impedan-

cji generatora:

Przedstawione rozważania doty-

czą generatora w stanie jałowym, co

jest wystarczające dla zrozumienia

zachodzących w nim zjawisk pod-

czas zwarcia. W stanie obciążonym

przebiegi czasowe posiadają po-

dobne przebiegi, lecz różne warto-

ści sił elektromotorycznych, wystę-

pujących na jego zaciskach, powodu-

ją, że poszczególne część składowe

prądu zwarciowego mogą się różnić

od przebiegów stanu ustalonego. Na

przebieg prądu zwarcia ma również

duży wpływ sposób regulacji napię-

cia i niesymetria magnetyczna wir-

nika. Wpływ regulacji napięcia na

prądy zwarcia zależy od rodzaju

wzbudzenia i parametrów regula-

tora wzbudzenia. Niesymetria ma-

gnetyczna wirnika jest powodem

tego, że reaktancja podprzejścio-

wa przyjmuje wartości pośrednie

między X d i X q , przy czym zmiany

wokół wartości średniej zachodzą

z podwójną częstotliwością, co po-

woduje, że w prądzie zwarcia poja-

wia się składowa z podwójną często-

tliwością. Obliczenie początkowego

prądu zwarcia I k ” na zaciskach ge-

neratora, zgodnie z normą zwarcio-

wą, wykonuje się przy wykorzysta-

niu następującego wzoru:

Konieczność wprowadzenia

współczynnika korekcyjnego impe-

dancji generatora wynika z norma-

tywnej konieczności stosowania jed-

nakowej wartości siły elektromoto-

rycznej każdego źródła prądu zwar-

ciowego, która różni się od siły elek-

tromotorycznej podprzejściowej ge-

neratora. Na rysunku 4 został przed-

stawiony uproszczony wykres wek-

torowy maszyny synchronicznej

wyjaśniający konieczność wprowa-

dzenia współczynnika korekcyjne-

go, którego celem jest wyelimino-

wanie dużego błędu, jaki powstał-

by w przypadku przyjęcia wartości

znamionowej reaktancji podprzej-

ściowej generatora.

= ≅ =

X X

gdzie:

Z rG – impedancja generatora [ W ]

U NG – napięcie znamionowe genera-

tora w [kV]

S NG – moc znamionowa generatora

w [MVA].

W stosunku do przypadku zwar-

cia zasilanego sieci elektroener-

getycznej, mamy do czynienia ze

zwarciem o zmieniającej się reak-

tancji. W rezultacie zmian reaktan-

cji generatora, zmianie musi ulegać

amplituda składowej okresowej prą-

du zwarcia. W przebiegu czasowym

zwarcia można wyróżnić trzy skła-

dowe odpowiadające poszczegól-

nym stanom. Pierwsza część skła-

dowej okresowej znika ze stałą cza-

sową T d ” znikania prądu w uzwoje-

niu tłumiącym. Część druga zani-

ka ze stałą czasową T d ’. Część trze-

cia odpowiada reaktancji synchro-

nicznej i jest stała. Przebieg prądu

zwarcia w stanie jałowym generato-

ra przedstawia rysunek 3 .

prąd udarowy i P

Kolejnym etapem obliczeń jest wy-

znaczenie prądu udarowego i p , który

obliczamy z poniższego wzoru:

= ∗∗

Rys. 4 Korekta impedancji generatora przy

zwarciu zlokalizowanym w jego po-

bliżu: a) lokalizacja zwarcia

b) uproszczony wykres wekto-

rowy maszyny synchronicznej do

wyznaczenia sem podprzejściowej

c - współczynnik udaru obrazujący,

w jakim stosunku – w wyniku wystą-

pienia składowej nieokresowej i DC –

prąd zwarciowy udarowy jest więk-

szy niż początkowa amplituda skła-

dowej okresowej I k ”.

KR jX

== +

max

(

)

GG G

= ∗ +

max

" sin

Rys. 3 Przebiegi prądów z uwzględnie-

niem stałych czasowych: a) składowa

okresowa prądu fazy A, b) składowa nie-

okresowa prądu zwarcia, c) wypadkowy

prąd fazy A, d) prąd w uzwojeniu wzbu-

dzenia, e) prąd w klatce tłumiącej

gdzie:

E” – siła elektromotoryczna pod-

przejściowa [kV],

X G ” – względna reaktancja podprzej-

ściowa [-],

R G – rezystancja generatora [ W ],

I NG – prąd znamionowy generato-

ra [kA],

sin j rG – obliczany na podstawie

współczynnika mocy znamionowej

generatora cos j rG ,

K G – współczynnik korekcyjny impe-

dancji generatora,

U k – napięcie w miejscu zwarcia,

U NG – napięcie na zaciskach gene-

ratora.

Pozostałe oznaczenia jak wyżej.

nr 4/2004

www.elektro.info.pl

ochrona

zwarciowa i przeciążeniowa

W przypadku, gdy jedynym źró-

dłem prądu zwarciowego jest lokal-

ny generator, co zostało spełnione

w omawianym przypadku, do wy-

znaczenia współczynnika c należy

się posłużyć fikcyjną wartością R/

X=0,15, mimo że w generatorach

niskiego napięcia wynosi on R/X=

0,03. Przyjęcie takiej wartości (po-

wszechnie akceptowanej) wynika

ze zbyt dużej wartości współczynni-

ka c uzyskiwanego dla wartości R/X

= 0,03. Uzyskana z poniższego wzo-

ru wartość współczynnika udaru:

Należy jednak pamiętać, że fikcyj-

na wartość X/R = 0,15 może być wy-

Wartość współczynnika k asym moż-

na odczytać z wykresu przedstawio-

nego na rysunku 6.

Jeżeli przy zwarciu odległym sto-

sunek t min /T przekracza 1,5 to:

basym

≈ = "

I I

Rys. 5 Współczynnik µ do wyznaczenia

prądu zwarciowego wyłączeniowe-

go symetrycznego generatorów

prąd zwarciowy ustalony

Dla zwarć odległych od generato-

ra I k k

= '' . W przypadku zwarć

w pobliżu generatora oblicza się war-

tość maksymalną prądu ustalonego

I k max = l max I rG - odpowiadającą mak-

symalnemu wzbudzeniu oraz I k min = l

min I rG - odpowiadającą stałemu wzbu-

dzeniu maszyny w stanie biegu jało-

wego. Wartości współczynnika l moż-

na określić z rysunku 7 , na którym

X d sat jest reaktancją generatora w sta-

nie nasycenia, widzianą z zewnątrz

i stanowi ona odwrotność współ-

czynnika zwarcia k z , znanego z teo-

rii maszyn elektrycznych.

korzystana tylko do obliczenia prą-

du udarowego i błędem byłoby przyj-

mowanie jej do oceny znikania skła-

dowej nieokresowej przy oblicza-

niu prądu wyłączeniowego niesy-

metrycznego lub prądu zastępcze-

go cieplnego. Do obliczania znika-

nia składowej nieokresowej przyj-

muje się rezystancję generatora ni-

skonapięciowego R G = 0,03*X d ”, czy-

li R/X = 0,03.

102 098

1 02 0 98

=+ =

−

−∗

3015

1 64

i tak jest bardzo duża, jak na urzą-

dzenie niskiego napięcia. Można ją

przyjąć tylko przy zwarciu na zaci-

skach generatora, ale i w tym przy-

padku ulega ona silnemu zmniej-

szeniu, wraz ze wzrostem długo-

ści przewodów łączących generator

z rozdzielnicą, ponieważ wzrasta

stosunek R/X i rośnie wartość sta-

łej czasowej T:

Rys. 7 Zależność współczynnika l max i l min

od I kG ’’/ I rG : a) dla turbogenerato-

rów, b) dla generatorów z bieguna-

mi jawnymi

prąd wyłączeniowy I basym

i DC – chwilowa wartość składowej

nieokresowej.

Współczynnik µ, obrazujący

zmniejszanie się wartości składo-

wej okresowej prądu zwarciowego,

można obliczyć ze wzorów zamiesz-

czonych w normie zwarciowej lub

odczytać z charakterystyk przedsta-

wionych na rysunku 5 .

Dla pośrednich wartości t min sto-

suje się interpolację. Natomiast prąd

wyłączeniowy niesymetryczny obli-

cza się z poniższego wzoru:

Prąd zwarciowy wyłączeniowy

niesymetryczny I basym jest to bieżąca

wartość skuteczna prądu zwarciowe-

go i k = i AC + i DC w chwili rozdziele-

nia styków wyłącznika t min (zapale-

nia łuku w bezpieczniku). Bieżąca

wartość składowej okresowej prądu

zwarcia nazywana jest prądem wy-

łączeniowym symetrycznym i wyra-

ża się wzorem:

zastępczy prąd cieplny

Prąd zwarciowy zastępczy cieplny

I th jest to wartość skuteczna prądu

zwarciowego i k = i DC + i AC , obliczona

dla całego czasu trwania zwarcia T k ,

do chwili przerwania przepływu prą-

du. Zgodnie z normą zwarciową, jego

wartość wyznacza się ze wzoru:

∗

gdzie:

X k – reaktancja obwodu zwarciowe-

go w [ W ],

R k – rezystancja obwodu zwarciowe-

go w [ W ],

I I m n

th k

= ∗ +

= ∗

X X X

R R R

gdzie:

i k – chwilowa wartość prądu zwar-

ciowego,

i AC – chwilowa wartość składowej

okresowej,

=+=

I i

G L

basym

b DC

min

X L =0,08*L [ W ] – dla linii niskiego na-

pięcia w [ W ],

L – długość linii w [km],

∗ + ∗

W przypadku zwarć odległych

(wyjaśnionych w 3/2002 elektro.in-

fo) od generatora, co ma miejsce, gdy

rezystancja linii w [ W ],

S - przekrój przewodu w [mm 2 ],

g - konduktywność materiału przewo-

dowego w [µ W *mm 2 ],

∗

'' / ≤ 2 składowa okreso-

wa nie maleje i współczynnik µ = 1.

Wówczas prąd zwarciowy niesyme-

tryczny wyraża się wzorem:

∗

min

X L , R L – odpowiednio reaktancja oraz

rezystancja linii łączącej generator

z rozdzielnicą.

Rys. 6 Względne wartości prądu wyłącze-

niowego niesymetrycznego w sto-

sunku do prądu zwarciowego

I asym /I k ” = k asym

= ∗ + ∗

= ∗

Rys. 8 Zależność współczynników m i n

od czasu trwania zwarcia T k : a)

współczynnik m, b) współczyn-

nik n

basym k

k I

asym k

www.elektro.info.pl

nr 4/2004

b K

, ,

gdzie:

m – współczynnik uwzględniający

wpływ składowej nieokresowej prą-

du zwarciowego,

n – współczynnik uwzględniający

wpływ cieplny składowej okreso-

wej prądu zwarciowego.

Przy zwarciach odległych, kie-

dy składowa okresowa i AC ma nie-

zmienną wartość równą I k ’’, współ-

czynnik m=1 i prąd zwarciowy za-

stępczy cieplny przyjmuje wartość:

fazowych pod kątem ochrony prze-

ciwporażeniowej, gdzie jako środek

ochrony zastosowano samoczynne

wyłączenie podczas zwarć. Zgodnie

z przyjętą klasyfikacją międzynaro-

dową, należy wyróżnić pięć ukła-

dów sieci zasilających:

a) TN-C,

b) TN-C-S,

c) TN-S,

d) TT,

e) IT.

Spośród tych układów do stoso-

wania w instalacjach odbiorczych,

zasilanych z agregatów, najbardziej

odpowiedni jest układ TN-S lub TT,

a w niektórych przypadkach układ

IT. Do zasilania budynków wyko-

rzystuje się powszechnie układ TN-S,

natomiast układ IT, mimo że posiada

wiele zalet, znalazł zastosowanie tyl-

ko w obiektach pływających i latają-

cych, a także jest sporadycznie wyko-

rzystywany w warunkach polowych,

w przypadku, gdy jedynym źródłem

jest agregat prądotwórczy.

Budynki, w których agregat stano-

wi rezerwowe źródło zasilania, zasi-

lane są poprzez układ SZR, wyposa-

żony w blokadę mechaniczną oraz

*% *% %

100

= ≈

100 33

elektryczną, w celu uniemożliwie-

nia podania zasilania z dwóch róż-

nych źródeł jednocześnie.

Jak zostało przedstawione na

wstępie, zasilanie z każdego ze źró-

deł stanowi osobny zamknięty układ

zasilania.

W przypadku zasilania z sieci elek-

troenergetyki zawodowej, poprawne

zaprojektowanie ochrony przeciwpo-

rażeniowej, przez samoczynne wyłą-

czenie podczas zwarć, nie powodu-

je większych problemów. Natomiast

podczas zasilania z agregatu pojawia-

ją się trudności w poprawnym zapro-

jektowaniu samoczynnego wyłączenia

podczas zwarć. Powodem tych trudno-

ści jest opisana wcześniej zmienność

impedancji obwodu zwarciowego na

zaciskach generatora, co nie występuje

podczas zasilania z sieci energetyki za-

wodowej (parametry systemu elektro-

;

b) zmienności prądu zwarciowe-

go generatora, prz y zwarciu na

jego zaciskach X

1 10*% ()

=+∗

m I

energetycznego, ze względu na bardzo

dużą moc zwarciową, nie ulegają zmia-

nie podczas trwania zwarcia). Podczas

zwarcia w odbiorniku zasilanym z agre-

gatu, prąd w początkowym okresie uzy-

skuje dużą wartość, która szybko ulega

znacznemu zmniejszeniu i przyjmu-

je on wartość mniejszą od prądu zna-

mionowego generatora agregatu.

Zmniejszenie się prądu zwarciowe-

go jest tym szybsze, im większa jest

odległość agregatu od zasilanych od-

biorników (stosunkowo duża rezy-

stancja kabla zasilającego powoduje

szybkie tłumienie składowej nieokre-

sowej zwarcia). Obwód zwarcia jedno-

fazowego w instalacji zasilanej z agre-

gatu można przedstawić na rysunku

9 , na którym poszczególne symbo-

le oznaczają:

X kG – reaktancja zwarciowa genera-

tora,

R L – rezystancja przewodu fazowego,

R PE – rezystancja przewodu ochron-

nego,

U o – napięcie fazowe na zaciskach ge-

neratora,

Jeżeli przy zwarciu odległym, czas

trwania zwarcia przekracza 10-krot-

ną wartość stałej czasowej obwo-

du T k >10 T, to można przyjmować

I th @ I k ’’. Wartość współczynników m

i n można odczytać z wykresów na

rysunku 8 .

Rozważania w tym artykule doty-

czą obliczeń największych prądów

zwarciowych, których znajomość

jest niezbędna podczas doboru ka-

bli, przewodów i aparatów elektrycz-

nych. Zupełnie inaczej przedstawia

się problem obliczania zwarć jedno-

Rys. 9 Schemat jednofazowego obwodu zwarcia w instalacji zasilającej z agregatu

nr 4/2004

www.elektro.info.pl

Rys. 10 Unormowane charakterystyki:

a) zmienności r eak tancji zwarcio-

wej generatora X

ochrona

zwarciowa i przeciążeniowa

E – siła elektromotoryczna źródła za-

silającego zwarcie.

W przypadku, gdy agregat nie posia-

da układu regulacji mocy silnika na-

pędowego oraz regulacji prądu wzbu-

dzenia generatora, to reaktancja ob-

wodu zwarciowego, widziana z zaci-

sków generatora, gwałtownie rośnie,

a prąd zwarciowy maleje poniżej war-

tości prądu znamionowego.

Na rynku wydawniczym odczuwa

się brak literatury, w której znajdo-

wałby się wyczerpujący opis zjawisk

zachodzących podczas zwarcia w ge-

neratorach niskiego napięcia, a więc

i brak wskazówek dotyczących pro-

jektowania ochrony przeciwporaże-

niowej w instalacjach przez nie za-

silanych.

W tym artykule zostały przedsta-

wione podstawowe zjawiska towa-

rzyszące zwarciu w instalacjach zasi-

lanych z agregatów prądotwórczych

niskiego napięcia. W celu popraw-

nego zaprojektowania ochrony prze-

ciwporażeniowej w instalacji zasila-

nej z agregatu, należy posiadać in-

formacje dotyczące jego zachowania

się podczas zwarcia, podane przez

producenta w kartach katalogowych.

Współcześni producenci agregatów

wyposażają silnik napędowy w regu-

lator mocy, a prądnice w regulator prą-

du wzbudzenia z układem forsowania,

który utrzymuje na zaciskach genera-

tora prąd zwarciowy równy trzykrotne-

mu prądowi znamionowemu genera-

tora. Przykładem takich generatorów

mogą być wyroby francuskiej firmy

SDMO, w których podczas zwarcia

regulator prądu wzbudzenia genera-

tora utrzymuje stałą wartość napię-

cia na jego zaciskach, dzięki czemu

prąd zwarciowy przy zwarciu na za-

ciskach generatora przez 10 sekund

utrzymuje wartość I kG1 = 3 x I N . Sy-

tuacja ta pozwala na przyjęcie uprasz-

czającego założenia, pozwalającego wy-

znaczyć wartość reaktancji zwarciowej

generatora dla celów ochrony przeciw-

porażeniowej:

gdzie:

U f - napięcie fazowe generato-

ra w [V],

U N – napięcie międzyfazowe gene-

ratora w [V],

1 10*% - wartość impedancji zwar-

ciowej generatora, wyrażona w [%],

którą należy przyjmować do oblicza-

nia skuteczności samoczynnego wy-

łączenia podczas zwarć w instalacji

zasilanej z agregatu (wartość tej re-

aktancji może się różnić od katalo-

gowej wartości reaktancji X d ’, zaleca-

nej do wyznaczania prądów jednofa-

zowego zwarcia przez niektóre opra-

cowania poświęcone ochronie prze-

ciwporażeniowej).

Na podstawie dotychczasowych

rozważań można sporządzić uprosz-

czoną charakterystykę zmienności

reaktancji zwarciowej dla generatora

i wykres zmienności prądu zwarcio-

wego dla generatora podczas zwarcia

na jego zaciskach:

W celu oceny skuteczności ochro-

ny przeciwporażeniowej przez samo-

czynne wyłączenia podczas zwarć za-

silanych z agregatu, można w sposób

uproszczony (pod warunkiem, że pro-

ducent zapewnia utrzymanie stałej

określonej wartości prądu zwarcia

na zaciskach generatora, w określo-

nym czasie, np. I kG1 =3*I NG ) oszaco-

wać prąd zwarciowy w badanym od-

biorniku, przez obliczenie impedan-

cji zwarciowej na zaciskach genera-

tora oraz przez zmierzenie impedan-

cji obwodu zwarciowego z pominię-

ciem impedancji generatora. Całkowi-

ta wartość impedancji zwarciowej sta-

nowi geometryczną sumę reaktancji

generatora, przyjmowaną do obliczeń

zwarciowych, oraz rezystancji i reak-

tancji kabli zasilających oraz przewo-

dów instalacji odbiorczej zasilającej

badany odbiornik.

*) Mgr inż. Zdzisław Strzeżysz jest pracownikiem Wojskowej Inspekcji Gospodarki Ener-

getycznej w Warszawie i od wielu lat zajmują się bezpieczeństwem eksploatacji urządzeń

elektroenergetycznych w obiektach budowlanych, podległych Ministrowi Obrony Narodo-

wej oraz agregatów prądotwórczych stanowiących podstawowe źródło zasilania wojskowych

urządzeń polowych. Brak opracowań w zakresie zasilania budynków z rezerwowych źródeł,

którymi są powszechnie stosowane agregaty prądotwórcze o napięciu wyjściowym 3x230/

400 V, daje podstawy do rozpowszechnienia doświadczeń z ich eksploatacji w Wojsku Pol-

skim. Celem autora jest uświadomienie projektantom i osobom zajmującym się eksploata-

cją agregatów, zagrożeń porażeniowych powstających podczas ich eksploatacji oraz wska-

zanie właściwego sposobu projektowania rezerwowego systemu zasilania.Do zadań WIGE

nałożonych przez Ministra Obrony Narodowej należy również weryfikacja projektów in-

stalacji elektrycznych oraz ciepłowniczych, przeznaczonych do realizacji w Resorcie Obro-

ny Narodowej. Doświadczenie wyniesione w tym zakresie pozwala autorowi na jednoznacz-

ne stwierdzenie, że nie wszyscy uwzględniają zmiany reaktancji generatora podczas trwa-

nia zwarcia, przez co wielu z nich popełnia błędy. Podobnie przedstawia się sprawa w za-

kresie oceny skuteczności ochrony przeciwporażeniowej obiektów zasilanych z agregatów

prądotwórczych, wykonywanych przez osoby zajmujące się pomiarami ochronnymi urzą-

dzeń elektroenergetycznych.

Planowany cykl artykułów Z. Strzeżysza ma na celu przedstawienie specyfiki zasilania

odbiorników z agregatów prądotwórczych, nieco odmiennej od zasilania z sieci elektro-

energetycznej i ma stanowić częściowe wypełnienie luki na rynku wydawniczym w tym

zakresie.

X 0 = X L + X PE - reaktancja insta-

lacji odbiorczej i kabla zasilające-

go w [ W ],

R 0 = R L + R PE - rezystancja insta-

lacji odbiorczej i kabla zasilające-

go w [ W ],

U 0 – napięcie fazowe w [V] na zaci-

skach generatora,

I k1 – prąd zwarcia jednofazowe-

go w [A],

I w – prąd wyłączający zabezpieczenie

w określonym czasie zgodnie z PN-

IEC 60364, wyrażony w [A],

X kG1 – reaktancja zwarcia generato-

ra przyjmowana do obliczeń zwarć

dla celów ochrony przeciwporaże-

niowej w [ W ] (w przypadku stoso-

wania agregatów produkcji SDMO

– X kG1 =0,33 X NG ).

Przedstawiony sposób prowadze-

nia obliczeń zwarciowych, w celach

ochrony od porażeń podczas zasila-

nia z agregatów prądotwórczych, po-

siada charakter uproszczony. Opis

wszystkich zachodzących zjawisk

podczas zwarcia w generatorze jest

bardzo złożony i wychodzi poza ramy

artykułu. Przedstawiony sposób obli-

czeń pozwala na ich przeprowadze-

nie z dostateczną dokładnością i sto-

sowanie ich w praktyce.

Badanie skuteczności samoczyn-

nego wyłączenia nie wyczerpuje za-

kresu badań eksploatacyjnych agre-

gatów i dlatego w drugiej części arty-

kułu zostaną przedstawione pozosta-

łe metody badań ochronnych i oce-

na bezpieczeństwa elektrycznego

w instalacjach zasilanych z agrega-

tów prądotwórczych.

literatura

1. E. Musiał, Prądy zwarciowe w ni-

skonapięciowych instalacjach

i urządzeniach prądu przemienne-

go, INPE 40/2001.

2. P. Kacejko, J. Machowski, Zwarcia

w sieciach elektroenergetycznych.

Podstawy obliczeń.

3. PN/E-05002 Urządzenia elektro-

energetyczne. Obliczanie prądów

zwarciowych w sieciach trójfazo-

wych prądu przemiennego.

4. PN-IEC 92-202 Instalacje na stat-

kach. Projektowanie systemu. Za-

bezpieczenia.

5. PN-90/E-05025 Obliczanie skutków

prądów zwarciowych.

6. Elektroenergetyczne sieci rozdziel-

cze, praca zbiorowa pod red. Sz.

Kujszczyka.

7. Katalogi firmowe agregatów -

SDMO Francja.

8. Katalogi okrętowych prądnic pro-

dukcji DOLMEL.

= + +

(

X X R

1 0

)

I U

w k

≥

gdzie:

Z k1 – całkowita impedancja obwo-

du zwarciowego zasilanego z agre-

gatu w [ W ],

www.elektro.info.pl

nr 4/2004

S N – moc pozorna generatora w

[VA],

I N – prąd znamionowy generato-

ra w [A],

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: