Přiřazování pojistek vn k distribučním transformátorům

Přiřazování pojistek vn k distribučním transformátorům

Úvod

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 I_n 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

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 I_k = 100 I_n/u_k. 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 u_k = 6 %. Ukázka hodnocení tohoto kritéria je rovněž v tab. 1.

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 u_k 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 u_k (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

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 u_k 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

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