Wprowadzenie
Zabezpieczenia nadprądowe stanowią kluczowy element systemów elektroenergetycznych. Ich podstawową rolą jest ochrona sieci oraz urządzeń przed skutkami nadmiernych prądów, które mogą wynikać z przeciążeń lub zwarć. W systemach średniego napięcia (SN) zabezpieczenia te są realizowane na kilka sposobów, z wykorzystaniem różnych elementów, takich jak przekładniki prądowe, sterowniki polowe, wkładki topikowe oraz rozłączniki z wkładkami topikowymi. W tym artykule szczegółowo omówimy ich budowę, zasadę działania oraz zastosowanie.
1. Zabezpieczenia nadprądowe – podstawowe zasady działania
Zabezpieczenia nadprądowe działają na zasadzie detekcji nadmiernego prądu i wyłączenia zasilania, aby zapobiec uszkodzeniom sprzętu, pożarom czy awariom systemu elektroenergetycznego. Główne mechanizmy działania zabezpieczeń nadprądowych obejmują:
- Przekaźniki nadprądowe – wykrywają przekroczenie dopuszczalnego prądu i inicjują sygnał wyłączający.
- Bezpieczniki topikowe – odcinają zasilanie poprzez stopienie topika przy przekroczeniu dopuszczalnej wartości prądu.
- Sterowniki polowe – cyfrowe urządzenia sterujące, które na podstawie pomiarów prądów i napięć decydują o zadziałaniu wyłączników.
- Wyłączniki mocy – rozłączają obwód, eliminując zagrożenie dla instalacji i urządzeń.
2. Przekładniki prądowe – rola i zastosowanie
Przekładniki prądowe (CT – Current Transformer) są urządzeniami stosowanymi do pomiaru prądu oraz zapewnienia izolacji galwanicznej między obwodem pierwotnym a układem pomiarowym. Ich kluczowe funkcje to:
- Zmniejszanie wartości prądu – pozwala na bezpieczne wykorzystanie mierników i sterowników.
- Izolacja galwaniczna – oddziela część pomiarową od wysokiego napięcia.
- Ochrona systemu elektroenergetycznego – umożliwia dokładne wykrywanie przeciążeń i zwarć przez sterowniki zabezpieczeń.
W sieciach SN stosuje się przekładniki o różnych klasach dokładności (np. klasa 5P10, 10P20) oraz przekładniach (np. 400/5A, 1000/5A) dostosowanych do charakterystyki sieci.
3. Sterowniki polowe – cyfrowa inteligencja w zabezpieczeniach
Sterowniki polowe to nowoczesne urządzenia mikroprocesorowe, które realizują funkcje zabezpieczeniowe, sterownicze i komunikacyjne w systemach elektroenergetycznych. Ich główne zadania obejmują:
- Ochronę nadprądową – wykrywanie zwarć i przeciążeń, generowanie sygnałów wyłączenia.
- Kontrolę napięcia i częstotliwości – analiza warunków pracy sieci.
- Rejestrację zdarzeń i zakłóceń – umożliwia analizę przyczyn awarii.
- Komunikację z systemami SCADA – zapewnia zdalne sterowanie i monitoring.
Popularne sterowniki polowe to m.in. urządzenia firm Siemens (Siprotec), ABB (REF), Schneider Electric (Sepam), GE (Multilin) oraz polskie rozwiązania jak MiCOM i Relpol.
4. Wkładki topikowe do zabezpieczeń średniego napięcia
Wkładki topikowe SN to specjalne bezpieczniki topikowe przeznaczone do ochrony transformatorów i innych elementów sieci SN. Ich zasada działania opiera się na stopieniu elementu topikowego przy przekroczeniu dopuszczalnej wartości prądu.
Główne cechy wkładek topikowych SN:
- Selektywność działania – umożliwiają stopniową ochronę urządzeń w sieci.
- Szybkie odłączanie zwarcia – minimalizują ryzyko poważnych uszkodzeń.
- Współpraca z rozłącznikami – stosowane w połączeniu z rozłącznikami SN dla zwiększenia bezpieczeństwa.
Typowe wartości wkładek topikowych dla SN to np. 6.3A, 10A, 16A, 25A, 40A i 63A.
5. Rozłączniki SN pobudzane przepaleniem wkładki
Rozłączniki SN z wkładkami topikowymi to urządzenia umożliwiające ręczne lub automatyczne odłączanie zasilania po przepaleniu wkładki. W momencie zwarcia lub przeciążenia wkładka ulega stopieniu, a mechanizm rozłącznika powoduje rozwarcie toru prądowego.
Typy rozłączników SN:
- Rozłączniki bezpiecznikowe – działają na zasadzie mechanicznego rozłączenia po przepaleniu wkładki.
- Rozłączniki z napędem sprężynowym – umożliwiają automatyczne odłączenie zasilania.
- Rozłączniki izolacyjne – stosowane do odseparowania od napięcia w celach konserwacyjnych.
Stosowanie rozłączników pobudzanych przepaleniem wkładki jest powszechne w ochronie transformatorów SN/nN, gdzie zapewniają one szybkie odłączanie zasilania w przypadku awarii.
6. Podsumowanie
Zabezpieczenia nadprądowe w sieciach średniego napięcia to niezbędne elementy systemów elektroenergetycznych, które zapewniają ochronę zarówno dla infrastruktury, jak i dla użytkowników energii elektrycznej.
Kluczowe elementy systemu ochrony nadprądowej to:
- Przekaźniki nadprądowe sterujące wyłącznikami mocy.
- Przekładniki prądowe dostosowujące wartości prądu do układów pomiarowych.
- Sterowniki polowe realizujące zaawansowane funkcje zabezpieczeniowe i komunikacyjne.
- Wkładki topikowe jako podstawowa forma ochrony transformatorów.
- Rozłączniki SN pobudzane przepaleniem wkładki, które eliminują skutki zwarć.
Odpowiednie dobranie i konfiguracja zabezpieczeń nadprądowych pozwala na zwiększenie niezawodności oraz bezpieczeństwa systemów elektroenergetycznych. Dzięki nowoczesnym rozwiązaniom cyfrowym i selektywnym zabezpieczeniom sieci SN stają się coraz bardziej efektywne i odporne na zakłócenia.