GROUNDING 10(20) kv FEEDERS BY USING THREE-STATE DISCONNECTOR MOUNTED INSIDE COMPACT MODULES

HRVATSKI OGRANAK ME UNARODNE ELEKTRODISTRIBUCIJSKE KONFERENCIJE HO CIRED 1. savjetovanje Šibenik, 18. - 21. svibnja 2008. SO1 08 Zdenko Strme ki, dipl.ing. HEP-ODS d.o.o., Elektroslavonija Osijek zdenko.strmecki@hep.hr Mario Pisa, dipl.ing. HEP-ODS d.o.o., Elektroslavonija Osijek mario.pisacic@hep.hr UZEMLJENJE VODA 10(20) kv S TROPOLOŽAJNIM RASTAVLJA EM UGRA ENIM U KOMPAKTNI SKLOPNI MODUL SAŽETAK Danas na tržištu postoje metalom oklopljeni i plinom izolirani sklopni moduli za postrojenja 24 kv. Serija KSMV predstavlja novu generaciju takvih sklopnih blokova. Modul vodnog polja KSMV 24-VP ine prekida i tropoložajni rastavlja. Upravljanje sa rastavlja em je dozvoljeno samo kada je prekida isklju en. U radu je dano rješenje elektri ne blokade uzemljenja voda kada je prisutan povratni napon. Upotrebom indikatora napona kao autonomnog ure aja s pomo nim napajanjem koji pouzdano javlja postojanje povratnog napona mogu e je pored opisane blokadne funkcije ostvariti tako er i lokalnu svjetlosnu signalizaciju. U logiku rada ure aja uklju en je povratni napon na vodu i pomo ni napon za napajanje samog ure aja. Ure aj se montira na vrata poslužnog ormari a sklopnog bloka. U Biltenu HEP-a broj 94, lanak 10.5.19 dopušta uzemljenje voda s daljinski upravljanim zemljospojnikom. Kroz opisano rješenje u radu bi se izbjegle sve pogrešne manipulacije prilikom uzemljenja voda ako je prisutan povratni napon. Klju ne rije i: Uzemljenje vodnog polja, indikator napona, blokada uzemljivanja GROUNDING 10(20) kv FEEDERS BY USING THREE-STATE DISCONNECTOR MOUNTED INSIDE COMPACT MODULES SUMMARY Today on the market there are metal encloused and gas- insluated compact modules for 24 kv facilities. KSMV series is representative of the new generation of that type of the compact modules. Feeder bay module KSMV 24-VP consists of the circuit breaker and the three-state disconnector. Manipulation with the disconnector is allowed only when the circuit breaker is switched off. This article provides the solution for electrical locking of the feeder disconnector and its grounding function in case when we have voltage still present. By using separate voltage detecting system with its auxiliary supply voltage, that insures us the indication of the presence of the voltage, it is also possible to have a local luminous indication along with the locking function. In the logic of the device, the recovery voltage on the feeder and auxiliary votage to power the device, are included. The device is being mounted on doors of the control lockers of the compact modules. In HEP Bilten no. 94, section 10.5.19 is allowing grounding of the feeder by using remotely controlled grounding part of the feeder disconnector. With the solution described in this article it is possible to avoid faulty manipulations while trying to ground the feeder when the voltage is still present. Key words: Feeder grounding, capative voltage indicator, interlocking 1

1. UVOD 1.1. Kratak opis Serija KSMV predstavlja novu generaciju metalom oklopljenih i plinom izoliranih sklopnih modula. U modulima su sklopni aparati vakuumski prekida i tropoložajni rastavlja. Upravljanje rastavlja em mogu e je samo kada je prekida isklju en. Rastavlja ima tri položaja: a) zatvoren b) otvoren c) uzemljen To su u cijelosti tvorni ki dogotovljeni i ispitani moduli. Sklopni moduli namijenjeni su za ugradnju u zatvorene prostore i normalne pogonske uvjete. Sklopni moduli serije KSMV grade se u etiri osnovne izvedbe: a) modul vodnog polja za nazivnu struju 630 A, tipske oznake KSMV 24-VP b) modul transformatorskog polja za nazivnu struju 2500 A, tipske oznake KSMV 24-TP c) modul polja za sekcioniranje sabirnica za nazivnu struju 2500 A, tipske oznake KSMV 24-SE d) modul mjernog polja, tipske oznake KSMV 24-Mp Upravljanje može biti mehani ko i elektri ko (daljinsko). Mehani ko upravljanje se izvodi sa samog sklopnog modula i detaljno je opisano u uputama proizvo a [1]. Takvo upravljanje je omogu eno nakon otvaranja prednjih vrata modula na odjeljku pogonskog mehanizma. Upravljanje tropoložajnim rastavlja em je dozvoljeno samo kad je prekida isklju en. Upravljanje prekida em nije ni na koji na in blokirano. Moduli imaju mogu nost daljinskog upravljanja sa svakim od aparata. Ta injenica omogu uje potpunu automatizaciju energetskog postrojenja izvedenog s ovakvim sklopnim modulima. Stanje navijenosti uklopne opruge kao i položaj aparata signalizira se s pokaziva ima položaja na slijepoj shemi na prednjem poklopcu mehanizma. 1.2. Definiranje problema Neka je srednjenaponsko postrojenje izvedeno s kompaktnim sklopnim modulima serije KSMV. Proizvo sklopnog modula je definirao proceduru uzemljenja na na in da se prvo tropoložajni rastavlja dovodi u uzemljen položaj i nakon toga se uklapa prekida u polju. Na slici 1. prikazana je jednopolna shema i mjerna skica modula vodnog polja. Promatramo modul opremljen za elektri ko upravljanje i sa prekida em i tropoložajnim rastavlja em. Obzirom da prekida nema blokadni uvjet postavlja se zadatak kako sprije iti uklju enje uzemljiva a u sljede im slu ajevima: a) prisutan povratni napon u dovodnom polju (prstenasti pogon) b) energetski transformator je u praznom hodu, tj. prisutan napon na sekundarnoj strani transformatora c) obje sekcije su pod naponom i želi se uzemljiti jedna polusekcija Uklapanjem prekida a uz uzemljen rastavlja dovelo bi do tropolnog kratkog spoja sa zemljom u sva tri gornja slu aja sa svim njegovim negativnim efektima u postrojenju. Kako to sprije iti? Autori referata predlažu rješenje u nastavku referata. 2

Slika 1. Jednopolna shema i mjerna skica Sva tri slu aja e biti detaljno analizirana u nastavku referata. 2. RJEŠENJE PROBLEMA 2.1. Uvod Da bi se prikazala cijela ideja autori predlažu da se analizira realan sklopni modul opremljen terminalom polja iz familije REF koji se uobi ajeno koristi kao sekundarni ure aj u našim postrojenjima. Dodatno modul treba opremiti s kapacitivnim indikatorom napona familije CAVIN. Oba ure aja su visoko profesionalna, testirana za sve uvjete i pouzdana obzirom da se trebaju koristiti u upravlja kim krugovima. 2.2. Indikatori napona Kao što je poznato postoji nekoliko tipova indikatora napona. Svima je zajedni ko da na odgovaraju i na in prikazuju postojanje napona ili svjetlosnim signalom ili simbolom. Prema IEC 61243-5 indikacija «ima napona» mora se pojaviti kada je fazni napon u podru ju od 45% do 120% nazivnog linijskog napona. Detaljnije u [2]. Odabrani indikator napona imaju autonomno pomo no napajanje. Pomo ni napon može biti 24..220 V DC ili 110 230V AC. Predlaže se da se na jedan strujni krug pomo nog napona vežu indikator napona i terminal polja. Ure aj treba montirati na vrata poslužnog ormari a. Dimenzije ure aja su 144x48x64 mm. Vlastita potrošnja je max. 1VA, a snaga kontakata kod 30 V DC je 5 A. Cijeli sustav za indikaciju napona je prikazan na slici 2. 3

Slika 2. Integrirani sustav za detekciju napona CAVIN Kao što se vidi na slici 2. indikator napona je dodatno opremljen s relay 1 i relay 2. Izlazni kontakti dojavljuju stanje pomo nog napona kojim se napaja sam ure aj i stanje napona na vodu. Oni se vladaju u skladu s tablicom stanja danom na slici 3. Kontakti se mogu koristiti u blokadne i signalne svrhe. Za blokadne svrhe interesantno je stanje kada je kontakt releja 2 zatvoren. To stanje nastupa samo u jednom slu aju. Taj slu aj je kada ure aj ima pomo ni napon i napon na vodu je simetri an i manji od grani nog kada se dojavljuje da ima napona. Gore re eno se vidi iz tablice stanja na slici 3. To prakti no zna i da na vodu nema napona ni u jednoj fazi kada je izlazni kontakt releja 2 zatvoren. Autori smatraju da je to dovoljno pouzdana informacija na temelju koje se može sigurno zaklju iti da na vodu nema napona. Zato predlažu kao dalje u referatu, tj. da se tako dobivena informacija iskoristi u blokadnom krugu upravljanja s tropoložajnim rastavlja em kada ga se želi dovesti u uzemljen položaj. Relej 1 ima izlazni kontakt. Taj kontakt je izveden kao radni (zatvaraju i) i može se koristiti u signalne svrhe. Pogledajmo koja su stanja pridružena zatvorenom kontaktu. Slika 3. Tablica stanja releja 1 i releja 2 4

Kontakt releja 1 je zatvoren kao što se vidi iz tablice stanja u dva slu aja. a) na vodu je napon simetri an, tj. napona ima b) na vodu je napon simetri an, ali manji od granice kad dojavljujemo da ga ima, tj. nema napona Od proizvo a indikatora napona CAVIN treba tražiti pojašnjenje dali se HV naponi kompariraju kao fazorske veli ine! To svakako treba ispitati u realnim pogonskim uvjetima. 2.3. Terminal polja Svaki sklopni modul treba opremiti s vlastitim terminalom polja kao osnovnim ure ajem preko kojeg se komunicira sa procesom. Na slici 4. je prikazan zaslon terminala polja s opisom. Detaljnije o terminalu polja u [3]. Slika 4. Zaslon terminala polja Predlaže se kao što je ranije kazano za analizu promatrati terminal polja REF 543. Taj ure aj ima mogu nost formiranja blokadne logike za upravljanje s dva tropoložajna rastavlja a unutar funkcijskog bloka. Ure aj se montira na vrata poslužnog ormari a sklopnog modula KSMV. Slika 5. prikazuje primjer blokadnog kruga formiranog s terminalom polja. Slika 5. Primjer sheme blokadnog kruga 5

2.4. Zaklju no u prijedlogu rješenja Stanje kad je kontakt releja 2 zatvoren, a koje nastupa samo ako indikator napona ima pomo ni napon potreban za vlastiti rad i kad je napon u polju simetri an i manji od grani nog proglasimo za logi ku «1». Kroz blokadnu logiku u terminalu polja ostvarimo da je za zatvaranje tropoložajnog rastavlja a u položaj uzemljen nužan i dovoljan uvjet zatvoreno stanje kontakta releja 2 na pridruženom binarnom ulazu na terminalu polja. Autori smatraju da je predložena blokadna logika u ovom referatu korektna i dovoljna za siguran rad u smislu dovo enja tropoložajnog rastavlja a u uzemljen položaj. Dodatno treba naglasiti da terminal polja ima signal IRF (internal relay fault) koji se signalizira lokalno i u nadre eni dispe erski centar. Ukoliko terminal polja otkrije neispravnost u svom radu, blokira svoje djelovanje i dojavljuje kvar. U nastavku referata e se napraviti detaljna analiza kada su sklopni moduli KSMV ugra eni u vodno polje, trafo-polje i sekcijsko polje TS 35/10(20) kv. Neki od vodova 10(20) kv su u prstenastom pogonu, a neki su radijalni. 3. UZEMLJENJE ZATVARANJEM RASTAVLJA A U SKLOPNOM MODULU KSMV 24 3.1. Vodno polje 24 kv U nastavku referata se analizira ranije izneseno primijenjeno na dovodnom polju 24 kv u prstenastoj mreži u kojem je modul KSMV 24-VP. Jednopolna shema vodnog polja prikazana je na slici 6. Kapacitivni indikator napona dojavljuje postojanje napona na mjestu izme u strujnih mjernih transformatora T1 i prekida a Q. Ako je vodno polje spojeno na sabirnice i želimo ga isklju iti radi manevra u mreži ili nekog drugog razloga moramo redom prvo isklju iti prekida Q, i zatim dovesti tropoložajni rastavlja Q1 u položaj otvoreno. Na taj na in smo isklju ili vodno polje sa sabirnica. Sljede a aktivnost je uzemljenje polja dovo enjem rastavlja a Q1 u uzemljen položaj. Obzirom da nemamo informaciju o postojanju povratnog napona, postoji mogu nost da kroz zatvaranje prekida a bude napravljen tropolni kratki spoj sa zemljom. Kako se manipulacija s prekida em ne blokira, treba uvesti blokadnu logiku kod upravljanja rastavlja em u smislu dovo enja u uzemljen položaj. Smisao uvo enja blokadne logike je onemogu iti dovo enje rastavlja a u uzemljen položaj ako postoji povratni napon na vodu. Vodno polje Q1 tropoložajni rastavlja Q0 vakuumski prekida T1 strujni mjerni transformatori T2 strujni mjerni transformatori C kapacitivni indikatori napona Slika 6. Jednopolna shema KSMV 24-VP Dakle, poštivaju i logiku rada KSMV modula, a da bi sprije ili dovo enje tropoložajnog rastavlja a Q1 u uzemljen položaj, na odgovaraju i binarni ulaz terminala polja treba dovesti stanje releja 2 kada je njegov kontakt zatvoren. Iz tablice stanja na slici 3. se vidi da je kontakt releja 2 zatvoren kad je pomo ni napon priveden ure aju i kada su sva tri napona manja od granice «ima napona». Na taj na in smo definirali bitnu i dovoljno pouzdanu informaciju za formiranje blokadnog kruga. U funkcijskom bloku CO3DC1 treba omogu iti zatvaranje tropoložajnog rastavlja a u uzemljen položaj samo ako i samo ako je na pripadaju i binarni ulaz dovedena logi ka jedinica. 6

Drugim rije ima, tropoložajni rastavlja se može dovesti u uzemljen položaj samo ako nema napona. Ako je taj uvjet ispunjen, zatvaranjem prekida a se ostvaruje uzemljenje ali bez mogu nosti da se napravi kratki spoj sa zemljom. Uvo enjem ove blokadne logike je mogu e elektri ki upravljati aparatima u sklopnom modulu vodnog polja bilo sa nivoa terminala polja, bilo sa stani nog ra unala, bilo iz dispe erskog centra, a da se ne dogodi uzemljenje voda koji je pod naponom. 3.2. Trafo polje 24 kv Neka je trafo-polje na sekundarnoj strani opremljeno modulom KSMV 24-TP. Jednopolna shema sekundarne strane trafo-polja prikazana je na slici 7. Kapacitivni indikator napona dojavljuje postojanje napona na mjestu izme u prekida a i strujnih mjernih transformatora. Ako je energetski transformator u praznom hodu i ako želimo napojiti sabirnice, sljede a akcija je stavljanje tropoložajnog rastavlja a Q1 u položaj zatvoreno. Dalje uklju enjem prekida a Q se zatvara strujni krug i sabirnice su pod naponom. Obzirom tropoložajni rastavlja Q1 može biti doveden u uzemljen položaj kao rezultat nehoti ne akcije ili greške, uklju enje prekida a proizvelo bi tropolni kratki spoj sa zemljom sekundarne strane energetskog transformatora. Velike struje kratkog spoja bi sigurno proizvele velike štete na energetskom transformatoru. Kako se u sklopnom bloku KSMV manipulacija s prekida em ne blokira, treba i u ovom slu aju uvesti blokadnu logiku kod dovo enja rastavlja a u uzemljen položaj. Transformatorsko polje Q1 tropoložajni rastavlja Q0 vakuumski prekida T1 strujni mjerni transformatori T2 strujni mjerni transformatori T3 strujni mjerni transformatori C kapacitivni indikatori napona Slika 7. Jednopolna shema KSMV 24-TP Dakle, poštivaju i logiku rada KSMV modula, a da bi kao rezultat pogrešne akcije sprije ili dovo enje tropoložajnog rastavlja a u uzemljen položaj, na odgovaraju i binarni ulaz terminala polja treba dovesti stanje releja 2 kada je njegov kontakt zatvoren. U funkcijskom bloku CO3DC1 terminala polja treba omogu iti zatvaranje tropoložajnog rastavlja a u uzemljen položaj samo ako i samo ako je na pripadaju i binarni ulaz dovedena logi ka jedinica sa kontakta releja 2. Drugim rije ima, u ovom slu aju tropoložajni rastavlja se može dovesti u uzemljen položaj samo ako nema napona tj. ako transformator nije u praznom hodu. Ako je pak transformator u praznom hodu, indikator napona signalizira postojanje simetri nog napona, kontakt releja 2 je otvoren, i tropoložajni rastavlja se kroz blokadnu logiku nemože dovesti u položaj uzemljen bilo slu ajno bilo namjerno. Obzirom je rastavlja u zatvorenom a ne u uzemljenom položaju, zatvaranjem prekida a se ostvaruje napajanje sabirnica sa energijom bez mogu nosti da se napravi tropolni kratki spoj energetskog transformatora.sa zemljom. Uvode i blokadnu logiku mogu e je elektri ki upravljati aparatima u sklopnom modulu bilo sa nivoa terminala polja, bilo sa stani nog ra unala, bilo iz dispe erskog centra, a da se ne dogodi uzemljenje transformatora koji je u praznom hodu. 3.3. Sekcijsko polje 24 kv Neka je sekcijsko polje na sekundarnoj strani opremljeno modulom KSMV 24-SE. Jednopolna shema prikazana je na slici 8. Kao što se vidi iz jednopolne sheme, ono je sastavljeno iz dva sklopna modula. Svaki od modula mora biti opremljen sa svojim indikatorom napona. Neka lijevom sklopnom 7

modulu na jednopolnoj shemi pripada indikator napona oznake A1. Indikator napona koji pripada desnom sklopnom modulu neka nosi oznaku A2. Jedan terminal polja pripada cijelom sekcijskom polju. U lijevom sklopnom modulu kapacitivni indikator napona A1 dojavljuje postojanje napona na mjestu izme u tropoložajnog rastavlja a Q1 i prekida a Q. U desnom sklopnom modulu kapacitivni indikator napona A2 dojavljuje postojanje napona na mjestu izme u tropoložajnog rastavlja a Q2 i strujnih mjernih transformatora T1. Ako je sekcijsko polje zatvoreno, tj. svi aparati su zatvoreni i ako želimo uzemljiti desnu polusekciju moramo napraviti sljede e akcije. Prvo treba isklju iti prekida Q. Sljede a akcija je dovo enje tropoložajnog rastavlja a Q1 u uzemljen položaj i uklju enjem prekida a se uzemljuje desna polusekcija. Obzirom tropoložajni rastavlja Q1 može biti doveden u uzemljen položaj iako desna polusekcija može biti iz nekog razloga pod naponom, uklju enje prekida a Q proizvelo bi tropolni kratki spoj sa zemljom. Kako se manipulacija s prekida em ne blokira, treba uvesti blokadnu logiku kod upravljanja rastavlja em Q1 u smislu dovo enje u uzemljen položaj. Sekcijsko polje Q1 tropoložajni rastavlja Q2 tropoložajni rastavlja Q0 vakuumski prekida T1 strujni mjerni transformatori T2 strujni mjerni transformatori C1 kapacitivni indikatori napona C2 kapacitivni indikatori napona Slika 8. Jednopolna shema KSMV 24-SE Dakle, poštivaju i logiku rada KSMV modula, a da bi kao rezultat pogrešne akcije sprije ili dovo enje tropoložajnog rastavlja a Q1 u uzemljen položaj, na odgovaraju i binarni ulaz terminala polja treba dovesti zatvoren kontakt releja 2 pripadaju eg indikatoru napona A2. U funkcijskom bloku CO3DC1 terminala polja treba omogu iti zatvaranje tropoložajnog rastavlja a Q1 u uzemljen položaj samo ako i samo ako je na pridruženi binarni ulaz dovedena logi ka jedinica sa kontakta releja 2 pripadaju eg indikatoru napona A2. Drugim rije ima, u ovom slu aju tropoložajni rastavlja Q1 se može dovesti u uzemljen položaj samo ako i samo ako nema napona na desnoj polusekciji. Zatvaranjem prekida a Q se ostvaruje uzemljenje desne polusekcije sabirnica. Identi no je ako želimo uzemljiti lijevu polusekciju, ali uz funkcijski blok CO3DC2 na terminalu polja za dovo enje u uzemljen položaj rastavlja a Q2 i indikator napona A1. Gore iznesena blokadna logika omogu uje sigurno elektri ko upravljanje aparatima u sklopnom modulu sekcijskog polja bilo sa nivoa terminala polja, bilo sa stani nog ra unala, bilo iz dispe erskog centra, a da se ne dogodi uzemljenje polusekcije sabirnica koja je pod naponom. 4. ZAKLJU AK Autori referata smatraju da e se pomo u predloženog tehni kog rješenja blokade tropoložajnog rastavlja a izbje i kratki spojevi koji mogu nastati zatvaranjem prekida a kao zadnje akcije u nizu kad se želi izvršiti uzemljenje u postrojenju izvedenom s KSMV modulima. Predloženo u referatu treba testirati u ispitnoj stanici i ponuditi proizvo u sklopnih modula kao gotovo rješenje. 8

LITERATURA [1] Metalom oklopljeni i plinom izolirani kompaktni sklopni blokovi za gradnju elektri nih sklopnih postrojenja srednjeg napona, KON AR EASN d.d. Zagreb, 2003. [2] Integrated capacitive voltage detecting system CAVIN, Georg JORDAN GmbH, Sigburg, Operating instructions [3] Zaštitni i upravlja ki terminali RE_54_, Priru nik za operatere, ABB d.o.o. Zaštita i upravljanje, Zagreb 9