13. Zabezpieczenia

Moduł wspomagania doboru nastawy (dostępny z odpowiedniej zakładki w oknie Nastawy) pozwala na automatyczne wyznaczenie wartości nastawy prądowej w zależności od typu zabezpieczenia oraz obiektu zabezpieczanego.

Kryterium doboru nastawy jest zależne od typu zabezpieczenia:

• Dla zabezpieczeń zwarciowych jest to prąd zwarciowy, przepływający przez łącznik przy zwarciu na końcu strefy zabezpieczanej. Prąd ten można wpisać bezpośrednio lub obliczyć korzystając z przycisku „Oblicz”; wybranie przycisku „Oblicz dla wszystkich konfiguracji” pozwala na wyznaczenie maksymalnego prądu zwarciowego dla wszystkich zapisanych konfiguracji pracy sieci (Rys. 13.1.4.1).
• Dla zabezpieczeń przeciążeniowych jest to prąd obciążenia (wyznaczany w toku obliczeń rozpływowych dla aktualnej lub wszystkich zapisanych konfiguracji stanu sieci) lub prąd znamionowy zabezpieczanego elementu (Rys. 13.1.4.2).

Po wprowadzeniu podstawy doboru nastawy, w zależności od typu zabezpieczenia, należy określić dodatkowe współczynniki: bezpieczeństwa i powrotu. Wciśnięcie przycisku „Oblicz” w dolnej części panelu spowoduje automatyczne wyznaczenie nastawy prądowej I_sp.

Baza danych charakterystyk czasowo-zależnych składa się z odpowiednio sparametryzowanych funkcji. Dostęp do bazy odbywa się z poziomu przycisku w dolnej części okna zabezpieczenia cyfrowego, po wybraniu stopnia zależnego o danych wejściowych w postaci funkcji. Dodawanie oraz usuwanie funkcji odbywa się za pomocą odpowiednich przycisków „Dodaj” i „Usuń”. W panelu „Funkcje” znajdują się zapisane wzory funkcji, które mogą być zaimplementowane jako charakterystyki członów zależnych zabezpieczeń (rys. 12.33).

Wzór funkcji należy wprowadzać za pomocą zapisu wykorzystującego podstawowe działania matematyczne oraz symbole, takie jak +, -, *, /. We wzorze można wprowadzać współczynniki oznaczone literami. Po wprowadzeniu wzoru funkcji należy uzupełnić warianty danej charakterystyki – są to wersje odpowiednio sparametryzowanego wzoru. Po dodaniu nowego wariantu program automatycznie wykrywa wszystkie współczynniki występujące w funkcji oraz wyprowadza je w panelu „Współczynniki”. Możliwe jest dodanie wielu wariantów jednej charakterystyki z różnymi wartościami współczynników.

Baza danych zabezpieczeń umożliwia zapisywanie często wykorzystywanych urządzeń lub poszczególnych członów zabezpieczeniowych. Dostęp do bazy danych odbywa się bezpośrednio z okna „Moduł zabezpieczeń systemu elektroenergetycznego” za pomocą przycisku „Pobierz z bazy danych”. Baza danych występuje w 3 wariantach, w zależności od typu zabezpieczenia, do którego pobierane są parametry:

• baza bezpieczników,
• baza wyłączników instalacyjnych,
• baza zabezpieczeń cyfrowych.

Baza danych bezpieczników zawiera pasmowe charakterystyki czasowo-prądowe bezpieczników zapisane w postaci zbioru punktów. Każda rodzina charakterystyk zawiera szereg charakterystyk dla wkładek o różnych prądach znamionowych. Dodawanie charakterystyk do bazy odbywa się za pomocą przycisków „Dodaj”, przyporządkowanych typowi oraz prądowi znamionowemu bezpiecznika. Po zaznaczeniu wcześniej dodanego bezpiecznika należy uzupełnić krawędzie jego charakterystyki pasmowej o odpowiednie punkty – służą do tego klawisze umieszczone po prawej stronie tabeli punktów.

Baza danych wyłączników instalacyjnych przechowuje rodziny charakterystyk względnych, które skalowane są prądem znamionowym. Wprowadzanie urządzenia do bazy rozpoczyna się od kliknięcia przycisku „Dodaj” w oknie głównym bazy wyłączników instalacyjnych i wprowadzeniu nazwy zabezpieczenia (Rys. 13.1.6.1). Po zaznaczeniu nowego elementu należy wprowadzić prąd znamionowy (skalujący charakterystykę wypadkową), minimalny i maksymalny prąd wyzwalania członu zwarciowego oraz czas własny (czas reakcji członu zwarciowego). W dolnej części okna znajdują się tabele punktów modelujących charakterystykę pasmową członu przeciążeniowego zabezpieczenia. Charakterystyka przeciążeniowa wprowadzana jest we względnych jednostkach dla osi x (prądu zadziałania zabezpieczenia).

Po wprowadzeniu odpowiednich parametrów identyfikacyjnych w górnej części okna możliwe jest zapisanie charakterystyki wyłącznika do bazy bezpośrednio z poziomu modelowania zabezpieczenia.

Baza danych zabezpieczeń cyfrowych przechowuje dane w dwóch wariantach: pełne odwzorowanie sparametryzowanego zabezpieczenia (wszystkie stopnie, zakresy, nastawy) lub nowe zabezpieczenie bez nastaw (wszystkie stopnie i zakresy, bez konkretnych nastaw). Dostęp do bazy danych zabezpieczeń cyfrowych odbywa się poprzez przycisk „Wczytaj” w dolnej części okna zabezpieczenia cyfrowego. W nowo otwartym oknie w panelu „warianty” znajdują się zapisane zabezpieczenia. Dodawanie i usuwanie zapisanych zabezpieczeń odbywa się za pomocą odpowiednich przycisków w dolnej części panelu. Po zaznaczeniu zabezpieczenia możliwe jest edytowanie jego stopni i nastaw, podobnie jak miało to miejsce przy modelowaniu zabezpieczenia cyfrowego.

Obliczenia czułości zabezpieczeń służą do wyznaczenia współczynników czułości oraz określenia, czy wyznaczone współczynniki są wystarczające do poprawnego doboru zabezpieczeń.

W celu wyznaczenia współczynników czułości, niezbędny jest odpowiednio przygotowany model:

• model musi zawierać odpowiednie dane do poprawnego wyznaczenia prądu zwarcia dwufazowego,
• analizowane zabezpieczenia muszą mieć określone strefy zabezpieczenia,
• analizowane zabezpieczenia muszą mieć wprowadzony odpowiedni oczekiwany współczynnik czułości

W celu wykonania obliczeń czułości zabezpieczeń należy wybrać z menu Obliczenia > Czułość zabezpieczeń. W nowym oknie (Rys. 13.2.1) należy wskazać zabezpieczenia podlegające analizie oraz rodzaj członu zabezpieczeniowego, wyprowadzonego w postaci „dymków”, widocznych po najechaniu na zabezpieczenie na schemacie.

Wyniki obliczeń można przeglądać na schemacie, po zaznaczeniu analizowanego zabezpieczenia lub w zbiorczej tabeli wyników (skrót klawiaturowy [F4]). Dla wszystkich członów wybranych zabezpieczeń wyznaczany jest współczynnik czułości jako iloraz prądu zwarcia dwufazowego na końcu zabezpieczanej strefy i wartości nastawy. W przypadku zbyt niskiej wartości współczynnika czułości (poniżej wartości wymaganej, wprowadzanej dla każdego członu zabezpieczenia) stan ten jest sygnalizowany w tabeli wyników, w kolumnie „kc/kce”.

Analiza selektywności pozwala na ustalenie, czy zabezpieczenia w danym ciągu zasilającym są odpowiednio skoordynowane.

W celu wykonania analizy selektywności należy wybrać odpowiednią pozycję z menu Obliczenia > Selektywność zabezpieczeń. W nowym oknie (Rys. 13.3.1) należy:

• wskazać zabezpieczenia podlegające analizie,
• ustalić minimalny odstęp czasowy do automatycznej weryfikacji selektywności,
• wybrać rodzaj członu zabezpieczeniowego, którego charakterystyka będzie widoczna na schemacie po zaznaczeniu łącznika.

Dla każdego zabezpieczenia wybranego do analizy program wyznacza drogę zasilania (elementem zasilającym może być sieć zasilająca, generator synchroniczny oraz ekwiwalent sieci) oraz grupuje wszystkie zabezpieczenia będące na tej drodze. Następnie charakterystyki wypadkowe zgrupowanych zabezpieczeń są przeliczane na poziom napięciowy głównego zabezpieczenia i wyświetlane wspólnie na jednym rysunku.

Przykładowy wykres wypadkowy analizy selektywności przedstawia Rys. 13.3.2, są na nim prezentowane następujące dane:

• informacja, czy zabezpieczenia w analizowanym ciągu są selektywne – badany jest minimalny odstęp czasowy między charakterystykami zabezpieczeń i porównywalny z wartością zadaną w konfiguracji obliczeń,
• oznaczenie elementu zasilającego,
• nazwa analizowanego zabezpieczenia i jego poziom napięciowy,
• wykres ciągu zabezpieczeniowego:
• charakterystyki wszystkich zabezpieczeń w ciągu przeliczone na poziom napięciowy analizowanego zabezpieczenia,
• minimalny prąd zwarciowy dwufazowy, wyznaczony dla zwarcia na końcu strefy analizowanego zabezpieczenia,
• maksymalny prąd zwarciowy początkowy, wyznaczony dla miejsca zainstalowania zabezpieczenia,
• moduł prądu obciążenia, przepływającego przez analizowane zabezpieczenie dla aktualnego stanu pracy sieci.

Charakterystyki wypadkowe ciągów zabezpieczeniowych są dostępne również z poziomu tabeli wyników. Znajduje się tam lista wszystkich analizowanych zabezpieczeń, podzielona na zakładki pod względem funkcji. Po zaznaczeniu zabezpieczenia, w prawej części okna wyświetlana jest charakterystyka ciągu zabezpieczeń dla ciągu zasilającego danego zabezpieczenia. Prezentowane wykresy są interaktywne. Możliwa jest zmiana skali (rolką myszy) oraz przesuwanie wykresów (trzymając wciśnięty prawy przycisk myszy).

Za pomocą przycisku „Eksportuj do pliku graficznego”, znajdującego się w dolnej części tabeli wyników możliwy jest automatyczny eksport wszystkich charakterystyk do plików graficznych.

Analiza czasów reakcji zabezpieczeń pozwala na określenie czasu zadziałania zabezpieczeń w odpowiedzi na przepływający przez nie prąd w różnych stanach pracy sieci:

• zwarcie w zadanym węźle,
• rozpływ roboczy,
• rozruch silników.

W celu wykonania analizy czasu reakcji należy wybrać odpowiednią pozycję z menu Obliczenia > Czas reakcji zabezpieczeń. W nowym oknie (Rys. 13.4.1) należy zaznaczyć warianty obliczeń, dla których będzie prowadzona analiza – służą do tego odpowiednie pola przy zakładkach. Dodatkowo, dla obliczeń zwarciowych należy wybrać miejsce zwarcia, dla rozruchów sumaryczny czas analizy oraz dla rozpływów i rozruchów określić, dla jakich konfiguracja mają zostać przeprowadzone obliczenia. W dolnej części okna konfiguracji można określić według jakiej funkcji zabezpieczeniowej będą tworzone etykiety z wynikami w „dymkach”, widocznych po najechaniu na zabezpieczenie.

Wynikiem obliczeń jest czas reakcji wszystkich zabezpieczeń na przepływający przez nie prąd w trakcie wskazanego stanu sieci:

• dla obliczeń zwarciowych:
  • funkcja zabezpieczeniowa nadprądowa – czas reakcji wyznaczany jest dwukrotnie, dla maksymalnego prądu zwarciowego początkowego oraz zwarcia trójfazowego (pominięto udział silników w prądzie zwarciowym; współczynnik napięciowy c = 1),
  • funkcja zabezpieczeniowa ziemnozwarciowa – czas reakcji jest wyznaczany dla rozpływu prądu zwarciowego jednofazowego, składowej 3I₀,
• dla obliczeń rozpływowych – czas jest wyznaczany dla prądu obciążenia w rozpływach roboczych,
• dla rozruchów silników – czas jest wyznaczany dla maksymalnego prądu obciążenia w obrębie zadanego czasu analizy obliczeń rozruchowych.