Villamosságtan | Felsőoktatás » A hálózatok csillagpont kezelésének módszerei

A hálózatok csillagpont kezelésének módszerei A hálózatok csillagpontjait a galvanikusan összefüggő hálózathoz csatlakozó transzformátoroknak – az adott hálózattal megegyező feszültségszintű tekercseléseinél kiképzett – csillagpontjai jelentik. (Eszerint például egy fémesen összefüggő 120 kV-os hálózat csillagpontjait a hálózatot tápláló – például 400/120 kV-os – és a hálózat által táplált – például 120/20 kV-os és 120/10 kV-os – valamennyi transzformátor 120 kV-os tekercseléseinél kiképzett csillagpontok összessége jelenti). A hálózatok csillagpontkezelésén az adott hálózat csillagpontjai és a föld közötti kapcsolat – vagyis a hálózati csillagpontok földelésének – módjait értjük. A csillagpont földelésének módja jelentősen befolyásolja a hálózat üzemének számos paraméterét, így például az egyfázisú földérintéses hibák esetében a fellépő hibaáram nagyságát, az üzemi

frekvenciájú feszültségemelkedéseket és a tranziens túlfeszültségeket; az érintésvédelmi megoldásokat, a hálózaton alkalmazott készülékek szigetelési igényeit, a relévédelem kialakítását, a távközlési berendezések zavarását és veszélyeztetését, a szimultán hibák keletkezésének lehetőségét és így tovább. E felsorolásból is látható, hogy egy hálózat csillagpontföldelési módjának megválasztásakor számos tényezőt kell egyidejűleg mérlegelni, míg végül általában műszaki-gazdaságossági kompromisszumok alapján lehet csak eldönteni az alkalmazandó módszert. A következőkben a hálózatok csillagpont-kezelésének lehetséges módszereit és az ezekkel kapcsolatos alapfogalmakat ismertetjük A csillagpontkezelés szempontjából alapvetően a hálózatok két nagy csoportját különböztetjük meg, a földeletlen csillagpontú és a földelt csillagpontú hálózatokat. Földeletlen csillagpontú (szigetelt) hálózat

minden olyan hálózat, amelynek egyetlen pontja sincs a földdel üzemszerűen (szándékoltan) összekötve. A földeletlen csillagpontú hálózat csillagpontkezelését az 1. ábra szemlélteti Az ábrán H betűvel jelölt "doboz" jelképezi a hálózatot, a hálózathoz csatlakozó transzformátorok fázistekercseit pedig a hálózat elé rajzolt tekercselések jelképezik. Ezek csillagpontját „n” betűvel, a földpotenciálú pontot pedig „f” betűvel jelöltük. R S T n f H Z f =Ψ C C C 1. ábra Földeletlen (szigetelt) csillagpontú hálózat (C a hálózatok egyfázisú földkapacitása) Az ábrából látható, hogy a szigetelt csillagpontú hálózatok csillagpontja és a föld között szakadás van, vagyis a csillagpont és a föld közötti ún. földelőimpedancia (Zf) értéke végtelen nagy. Megjegyezzük, hogy a földeletlen hálózat csillagpontját (n) – hibátlan, szimmetrikus terhelésű üzemállapotban – a hálózat

fázisvezetőinek a földhöz képesti kapacitásai gyakorlatilag földpotenciálon tartják. Aszimmetrikus hibák esetén viszont a csillagpont potenciálja a földpotenciálhoz képest eltolódik A csillagpont és a föld között feszültség jelenik meg, amelynek 1 következtében megemelkedik a hibátlan fázisok földhöz képesti feszültsége is. Ez megnöveli a hálózaton levő készülékek és berendezések igénybevételét gyakran már az üzembiztonság szempontjából is veszélyes mértékben. Számításokkal is igazolható, és a gyakorlati tapasztalatok is bizonyítják, hogy ebből a szempontból a legveszélyesebbek az egyfázisú földzárlatok, amelyek az ép fázisok névleges fázisfeszültségét maximum az eredeti érték 3 szorosára növelhetik. A szigetelt csillagpontú hálózatok egyfázisú földzárlatakor a zárlati áramkör csak az ép fázisok földhöz képesti kapacitásain keresztül tud záródni, az a kapacitás viszonylag kis értékű

és a vezetékek hosszával arányos, vagyis a viszonylag nem nagy kiterjedésű hálózatokon a zárlati áramkörbe sorosan iktatódó kapacitív reaktancia értéke nagy, tehát a földzárlati áram mindössze néhány amper. Látható tehát, hogy a földeletlen csillagpontú hálózatok földzárlati áramának korlátozása gyakorlatilag a hálózat kiterjedésének, az egy tápponthoz fémesen csatlakozó vezetékek hosszúságának korlátozásával valósítható meg. Mivel a viszonylag kis értékű földzárlati áram sok szempontból előnyös (pl.: így a hálózat viszonylag hosszabb ideig földzárlatos üzemben tartható, amely idő alatt a hibahely megkereshető és kijavítható), szigetelt csillagponttal csak kis kiterjedésű hálózatokat üzemeltetnek (pl. erőművek segédüzemi hálózatai, ipartelepek belső középfeszültségű elosztóhálózatai stb.) Földelt csillagpontú hálózat minden olyan hálózat, amelynek legalább egy csillagpontja a földdel

közvetlenül vagy közvetve össze van kötve. A közvetlenül földelt csillagpontú hálózat legalább egy transzformátorának csillag-pontja jól vezető, fémes összeköttetésben áll a földdel (2.a ábra) Ez esetben tehát a csillagpont és a föld közötti földelő impedancia (Zf) értéke gyakorlatilag nulla. A közvetlenül földelt csillagpontú hálózatokon az egyfázisú földérintéses hibák esetében folyó hibaáram nagysága a rövidzárlati áramok nagyságrendjébe esik (földrövidzárlat), sőt előfordulhat olyan eset is, hogy az egyfázisú földrövidzárlati áram nagyobb, mint a háromfázisú rövidzárlati áram. Az ép fázisok feszültségemelkedése viszont ezeken a hálózatokon a legkisebb. A hazai gyakorlatban közvetlenül földelt csillagponttal üzemelnek a 120 kV-os és az annál nagyobb feszültségű hálózatok és a 400 V/230 V-os (0,4 kV-os) kisfeszültségű elosztóhálózatok. (Megjegyezzük, hogy a kisfeszültségű

elosztóhálózatokat elsősorban a hatékony érintésvédelem megvalósíthatósága érdekében üzemeltetik közvetlenül földelt csillagponttal.) A közvetve földelt csillagpontú hálózatok legalább egy csillagpontja ellenálláson vagy reaktancián (fojtótekercsen) keresztül csatlakozik a földhöz. Az ellenálláson keresztül földelt csillagpontú hálózatok esetében (2.b ábra) tehát a földelőimpedancia véges értékű ohmos ellenállás (Zf = Rf), a reaktancián keresztül földelt csillagpontú hálózatok esetében (2.c ábra) pedig egy gyakorlatilag tisztán reaktív fojtótekercs (Zf = jXf). Ez utóbbi két csillagpont-kezelési módszerrel az egyfázisú földzárlati áramok értéke – a közvetlenül földelt csillagpontú hálózatokéhoz képest – hatásosan csökkenthető, ugyanakkor a csillagpont potenciálja is kellően rögzített. A csillagpont reaktancián keresztül való földelésével a földzárlatok íve kioltható, mivel a hibahelyen

folyó kapacitív földzárlati áramot a földelő reaktancia induktív árama kompenzálja. Ezért ezt a módszert kompenzálásnak, ill a reaktancián (fojtótekercsen) keresztül földelt csillagpontú hálózatokat kompenzált hálózatoknak is nevezik. A hazai gyakorlatban ellenálláson keresztül földelik a 10 kV-os középfeszültségű kábelhálózatok csillagpontjait, míg a 20 kV-os (35 kV-os) középfeszültségű szabadvezetékes elosztó-hálózataink tipikusan kompenzált hálózatok. 2 R R S S H T n f H T n Zf=0 Z f= R a) b) f R S H T n Zf= jXL c) f 2. ábra Földelt csillagpontú hálózat: a) közvetlenül földelt; b) közvetett földelés ellenálláson keresztül ("hosszúföldelés"); c) közvetett földelés reaktancián keresztül (kompenzálás) A hálózatok csillagpontkezelési módja nagymértékben befolyásolja az ún. belső túlfeszültségek nagyságát. A belső túlfeszültségek a feszültség alatt álló

hálózatok egyes készülékeiben, berendezéseiben lejátszódó folyamatok révén keletkeznek. Eredetük szerint ezek lehetnek: kapcsolási túlfeszültségek, üzemi frekvenciájú túlfeszültségek és rezonanciás túlfeszültségek. Ebből a szempontból nem a csillagpont földelésének közvetlen vagy közvetett módja a döntő, hanem e földelések hatásossága. Hatásosan földelt a hálózat, ha a hálózaton bárhol bekövetkező egyfázisú föld-érintéses hiba alkalmával az ép fázisok feszültsége a földhöz képest nem nagyobb, mint a hálózat névleges vonali feszültségének 80 %-a. Ez a követelmény olyan hálózatoknál áll fenn, ahol: X R 0 ≤ 0 〈 3 és 0 ≤ 0 〈 1 , X1 X1 ahol: X0 a zérus sorrendű reaktancia; X1 a pozitív sorrendű reaktancia és R0 a zérus sorrendű ellenállás – valamennyi érték a hiba helyéről értelmezett mérésponti érték. A hálózat csillagpontföldelése akkor lesz a leghatásosabb, ha valamennyi

transzformátorának csillagpontját közvetlenül földelik. X0 Mereven földelt hálózatról beszélünk, ha: 〈 1. X1 Ebben az esetben az egyfázisú rövidzárlati áram nagyobb lesz, mint a háromfázisú. Ez több szempontból hátrányos (például erősen megnő a távközlési berendezések hibaáram okozta zavartatása), ezért ilyen esetben ”lazítani" szokás a csillagponti földeléseket például oly módon, hogy nem földelik az összes transzformátor csillagpontját, vagy néhány transzformátor csillagpontját reaktancián keresztül földelik. 3