Technik.elektryk 311[08] z3.04_u

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”
MINISTERSTWO EDUKACJI
i NAUKI
Marek Szymański
Badanie układów automatyki zabezpieczeniowej
311[08].Z3.04
Poradnik dla ucznia
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2005

1
Recenzenci:
mgr inż. Henryk Krystkowiak
mgr inż. Grażyna Adamiec
Opracowanie redakcyjne:
mgr inż. Katarzyna Maćkowska
Konsultacja:
dr Bożena Zając
Korekta:
mgr inż. Jarosław Sitek
Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[08].Z3.04
„Badanie układów automatyki zabezpieczeniowej” zawartego w modułowym programie
nauczania dla zawodu technik elektryk.
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2005

2
SPIS TREŚCI
1. Wprowadzenie 4
2. Wymagania wstępne 5
3. Cele kształcenia 6
4. Materiał nauczania 7
4.1. Zakłócenia w systemie elektroenergetycznym 7
4.1.1. Materiał nauczania 7
4.1.2. Pytania sprawdzające 15
4.1.3. Ćwiczenia 15
4.1.4. Sprawdzian postępów 16
4.2. Elektroenergetyczna automatyka zabezpieczeniowa 16
4.3. Przekładniki prądu przemiennego 30
4.4. Zabezpieczenia transformatorów 37
4.5. Zabezpieczenia linii 45
4.6. Zabezpieczenia silników 54
4.7. Samoczynne ponowne załączanie SPZ 62

3
4.8. Samoczynne załączanie rezerwy SZR 66
4.9. Samoczynne częstotliwościowe odciążanie SCO 71
5. Sprawdzian osiągnięć 75
6. Literatura 81

4
1. WPROWADZENIE
Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy i kształtowaniu umiejętności
z zakresu „Badania układów automatyki zabezpieczeniowej”.
W poradniku będziesz mógł znaleźć następujące informacje:
− wymagania wstępne określające umiejętności, jakie powinieneś posiadać, abyś mógł bez
problemów rozpocząć pracę z poradnikiem,
− cele kształcenia, czyli wykaz umiejętności, jakie opanujesz w wyniku kształcenia
w ramach tej jednostki modułowej,
− materiał nauczania, czyli wiadomości teoretyczne konieczne do opanowania treści
jednostki modułowej,
− zestaw pytań sprawdzających, czy opanowałeś już podane treści,
− ćwiczenia zawierające polecenia, sposób wykonania oraz wyposażenie stanowiska pracy,
które pozwolą Ci ukształtować określone umiejętności praktyczne,
− sprawdzian postępów pozwalający sprawdzić Twój poziom wiedzy po wykonaniu
ćwiczeń,
− sprawdzian osiągnięć opracowany w postaci testu, który umożliwi Ci sprawdzenie Twoich
wiadomości i umiejętności opanowanych podczas realizacji programu jednostki
modułowej,
− literaturę związaną z programem jednostki modułowej, umożliwiającą pogłębienie Twej
wiedzy z zakresu programu tej jednostki.
Materiał teoretyczny pozwoli Ci przygotować się lepiej do wykonania ćwiczeń.
Po każdym rozdziale występują pytania sprawdzające. Jeżeli potrafisz na nie samodzielnie
odpowiedzieć to można uznać, że jesteś gotowy do wykonania ćwiczeń. Pamiętaj,
że w trakcie wykonywania ćwiczeń musisz przestrzegać regulaminu pracowni.
Po zakończeniu nauki w tej jednostce modułowej powinieneś umieć wykonać połączenie,
uruchomienie oraz pomiary w podstawowych układach automatyki zabezpieczeniowej.
Szczególną uwagę zwróć na przepisy bezpieczeństwo wykonywania pomiarów
w układach automatyki zabezpieczeniowej.

5
2. WYMAGANIA WSTĘPNE
Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
– czytać schematy ideowe automatyki zabezpieczeniowej,
– posługiwać się miernikami elektrycznymi,
– dobierać rodzaj i zakres mierników do wykonywanych pomiarów,
– określać niepewność pomiaru,
– oceniać stan techniczny połączeń na podstawie oględzin i pomiarów,
– korzystać z literatury i kart katalogowych osprzętu instalacyjnego, przewodów,
– korzystać z norm dotyczących instalacji elektrycznych,
– stosować podstawowe prawa i zależności dotyczące obwodów prądu stałego
i przemiennego,
– stosować zasady bhp i ochrony ppoż. obowiązujące na stanowisku pracy.

6
3. CELE KSZTAŁCENIA
W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
– zorganizować stanowisko pracy zgodnie z przepisami bhp, ochrony ppoż., ochrony
środowiska i wymaganiami ergonomii,
– określić rodzaje zakłóceń w systemie elektroenergetycznym,
– dobrać zabezpieczenia elektroenergetyczne ze względu na rodzaj zakłócenia,
– rozróżnić przekładnik prądowy i napięciowy,
– rozpoznać przekaźniki zabezpieczeniowe na podstawie wyglądu zewnętrznego
i stosowanych oznaczeń,
– zinterpretować parametry przekładników i przekaźników podawane na tabliczkach
znamionowych,
– sprawdzić parametry przekładników prądowych i napięciowych,
– sprawdzić parametry przekaźników pomiarowych i pomocniczych,
– ocenić stan techniczny przekładników i przekaźników na podstawie przeprowadzonych
pomiarów,
– przeanalizować pracę układów zabezpieczeniowych z przekaźnikami na podstawie ich
schematów ideowych,
– połączyć układy z przekaźnikami zabezpieczeniowymi na podstawie schematów
ideowych i montażowych,
– zbadać obwody pomiarowe, sterownicze i sygnalizacyjne w układach automatyki
zabezpieczeniowej,
– dobrać zabezpieczenia linii elektroenergetycznych, transformatorów i silników,
– połączyć układy prostych zabezpieczeń różnych obiektów i sprawdzić ich działanie,
– posłużyć się katalogami, normami, przepisami i dokumentacją techniczną przy doborze
i badaniu układów automatyki zabezpieczeniowej,
– zastosować zasady bhp i ochrony ppoż. obowiązujące na stanowisku pracy.

7
4. MATERIAŁ NAUCZANIA
4.1. Zakłócenia w systemie elektroenergetycznym
4.1.1. Materiał nauczania
Elektroenergetyczna automatyka zabezpieczeniowa obejmuje technikę zabezpieczeń
przekaźnikowych oraz elektroenergetyczną automatykę łączeniową.
Technika zabezpieczeń przekaźnikowych
Do zadań techniki zabezpieczeń przekaźnikowych należą zagadnienia związane
z konstrukcją i działaniem urządzeń zabezpieczających elementy układu
elektroenergetycznego (generatory, transformatory, linie, sieci, silniki) od zakłóceń,
które mogą występować zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz tych elementów.
Prawidłowe działanie zabezpieczeń przekaźnikowych wymaga doprowadzenia informacji
o stanie lub też o zaistnieniu zagrożenia zabezpieczanego układu elektroenergetycznego.
Te informacje mogą dotyczyć takich wartości jak np.: prąd, napięcie, temperatura lub
inne wielkości fizyczne, które charakteryzują stan obiektu lub stopień jego zagrożenia.
Na podstawie tych informacji działanie układów zabezpieczeń może polegać na:
− sygnalizacji nienormalnego stanu pracy,
− samoczynnym wyłączeniu z pracy uszkodzonego lub zagrożonego obiektu.
Elektroenergetyczna automatyka łączeniowa
Do zadań elektroenergetycznej automatyki łączeniowej należą zagadnienia związane
z konstrukcją i działaniem urządzeń, dokonujących samoczynnie przełączeń w układzie
elektroenergetycznym, których zadaniem jest likwidacja zakłóceń przemijających lub
ograniczenie do minimum wpływu zakłóceń trwałych.
Funkcje pełnione przez urządzenia elektroenergetycznej automatyki łączeniowej:
− ponowne załączenie elementu zabezpieczonego bezpośrednio po jego wyłączeniu przez
zabezpieczenie,
− załączenie urządzenia rezerwowego,
− przeprowadzanie właściwych przełączeń lub zmian w obwodach elektrycznych.
Wymagania stawiane zabezpieczeniom przekaźnikowym:
• czułość
Zabezpieczenia powinny możliwie bezbłędnie stwierdzić:
− powstanie zakłócenia w zabezpieczanym elemencie,
− rodzaj zakłócenia,
− miejsce powstanie zakłócenia.
Nie powinny jednak reagować na niegroźne krótkotrwałe przeciążenie, jakie może
wystąpić podczas normalnej eksploatacji.
W przypadku zabezpieczenia nadprądowego miarą czułości zabezpieczenia jest stosunek
minimalnego prądu zwarciowego powodującego wyłączenie do prądu rozruchowego
przekaźnika nadprądowego.

8
• szybkość działania
Duża szybkość działania wpływa na:
− zwiększenie bezpieczeństwa pracy personelu obsługującego urządzenia
elektroenergetyczne,
− zwiększenie bezpieczeństwa ludzi postronnych znajdujących się w pobliżu dotkniętych
zakłóceniem urządzeń,
− ograniczenie do minimum rozmiaru uszkodzeń w punkcie zwarciowym,
− zmniejszenie wpływu powstających przy zwarciach zaników napięcia na pracę silników,
− zabezpieczenie współpracujących elektrowni od wypadnięcia z synchronizmu,
− zwiększenie skuteczności działania urządzeń samoczynnego ponownego załączania.
Wymagany dopuszczalny najdłuższy czas trwania zwarcia trójfazowego dla układów
elektroenergetycznych najwyższych napięć wynosi ok. 0,1 ÷ 0,35 s. W tym celu stosowane są
szybko działające zabezpieczenia i wyłączniki.
Czasy działania rzędu 0,02 s stosowane są wtedy, gdy zabezpieczenia współpracują
z wyłącznikami o podobnych czasach wyłączania.
Długie czasy działania zabezpieczeń (do kilkunastu sekund) stosuje się wtedy,
gdy zabezpieczenia mają jedynie poinformować obsługę np. sygnałem dźwiękowym
o powstaniu zagrożenia.
• wybiorczość
Odłączone od źródła napięcia powinny zostać tylko te elementy, które uległy zakłóceniu,
np. w przypadku zwarcia w sieci należy wyłączyć z pracy jedynie linię, w której to zwarcie
wystąpiło.
• niezawodność
Zabezpieczenia, nie mogą działać niepotrzebnie z jakichkolwiek innych przyczyn niż
zakłócenie. W celu spełnienia tego wymagania należy stosować przekaźniki o mocnej
budowie odznaczające się znaczną odpornością na:
− przetężenia,
− przepięcia,
− drgania mechaniczne,
− wahania temperatury,
− utlenienie oraz zabrudzenie zestyków.
Klasyfikacja zakłóceń
Zakłócenie w systemie elektroenergetycznym jest to powstanie warunków
uniemożliwiających normalną pracę systemu.
Podział zakłóceń:
• zaburzenia – uniemożliwiają pracę systemu elektroenergetycznego lub jego elementów.
Powinny być eliminowane samoczynnie w odpowiednio krótkim czasie.
Zaburzeniami są np. zwarcia powstałe na skutek nadmiernego wzrostu naprężeń lub
zmniejszenia się wytrzymałości:
− elektrycznych,
− cieplnych,
− mechanicznych.
• zagrożenia i nienormalne stany pracy – powodują że praca systemu
elektroenergetycznego lub jego elementów jest dopuszczalna na pewien okres czasu, w ciągu
którego powinna być usunięta przyczyna powodująca zagrożenie lub nienormalny stan pracy.

9
Powinny one być sygnalizowane, a w przypadku dłuższego ich występowania eliminowane
samoczynnie.
Tabela 1. Przykłady zagrożeń i nienormalnych stanów pracy systemu elektroenergetycznego [10]
Rodzaj zagrożenia Skutki
Deficyt mocy czynnej globalny zmniejszenie się częstotliwości.
Deficyt mocy czynnej lokalny
1) przeciążenie linii przesyłowych
lub transformatorów,
2) obniżenie napięcia.
Deficyt mocy biernej obniżenie napięcia
Nadmiar mocy czynnej wytwarzanej
w wydzielonej części systemu
elektroenergetycznego zasilanej przez
turbogeneratory i hydrogeneratory
zwiększenie się częstotliwości.
Utrata synchronizmu (kołysania mocy)
podział na części systemu
elektroenergetycznego.
Tabela 2. Przykłady zaburzeń, zagrożeń i nienormalnych stanów pracy elementów systemu
elektroenergetycznego [10]
Rodzaje zagrożenia Skutki
Przeciążenie
1) skrócenie trwałości izolacji maszyn i urządzeń,
2) przegrzanie izolacji.
Praca niepełnofazowa asymetria obciążenia.
Obniżenie się lub zanik napięcia przeciążenie prądowe.
Zwarcia zewnętrzne powodujące
przepływ prądu zwarciowego przez
element zagrożony
przegrzanie izolacji.
Ogólna analiza zakłóceń
Zwarcia
W systemie elektroenergetycznym, w którym powstało zwarcie, można wyróżnić punkt
zwarcia K oraz punkt zabezpieczeniowy P, w którym dokonywany jest pomiar prądów
i napięć, charakteryzujących pojawienie się zwarcia (rys. 1).
Rys. 1. Schemat ogólny systemu elektroenergetycznego [10]:
K – punkt zwarciowy,
P – punkt zabezpieczeniowy.
Do wykrywania zwarć wykorzystywane są wielkości elektryczne pojawiające się podczas
zwarcia:
− wzrost prądu fazowego w fazie dotkniętej zwarciem, mierzony w punkcie
zabezpieczeniowym P,
− zmniejszenie się impedancji, będącej stosunkiem wybranego napięcia w punkcie

10
zabezpieczeniowym do wybranej kombinacji liniowej prądów fazowych w tym punkcie,
oraz dodatkowo w przypadku zwarć:
niesymetrycznych:
− pojawienie się prądu przeciwnego w punkcie zabezpieczeniowym,
z udziałem ziemi:
− pojawienie się prądu zerowego,
doziemnych w układzie o nieuziemionym bezpośrednio punkcie neutralnym:
− napięcie zerowe, pojawiające się w przypadku doziemienia tego układu,
wewnętrznych:
− prąd różnicowy.
Przebieg prądu zwarciowego w punkcie P zależy od rodzaju zwarcia i od konfiguracji
układu elektroenergetycznego.
Znając składowe symetryczne prądów zwarciowych w punkcie P, można dla różnego
rodzaju zwarć wyznaczyć wartości prądów fazowych płynących w tym punkcie.
Praca niepełnofazowa
Ten rodzaj pracy występuje w przypadku:
− przerwania jednego lub dwóch przewodów w linii,
− otworzenia się lub nie zamknięcia jednego z biegunów wyłącznika.
Skutki pracy niepełnofazowej:
− powstanie asymetrii prądowej,
− zagrożenie prawidłowej pracy niektórych elementów układu.
Wykrywanie pracy niepełnofazowej
Podczas pracy niepełnofazowej pod wpływem napięcia przeciwnego, pojawiającego się
w punkcie przerwy w fazie między rozdzielonymi biegunami tej samej fazy – pojawia się
prąd przeciwny. Prąd ten rozpływa się w sieci, przy czym zamyka się w punktach zerowych
wszystkich elementów o uzwojeniach połączonych w gwiazdę. Obecność prądu przeciwnego
służy do wykrywania pracy niepełnofazowej.
Przeciążenia termiczne
Przyczyny przeciążenia termicznego:
− nadmierny wzrost prądu przepływającego przez ten element,
− zakłócenia w odprowadzaniu ciepła wytworzonego w tym elemencie.
Wykrywanie przeciążenia termiczne
Zjawiska wykorzystywane do wykrywania przeciążeń termicznych:
− wzrost temperatury w najbardziej zagrożonych punktach zabezpieczanego elementu,
− przyrost temperatury części przewodzących prąd ponad najwyższą określoną normami
temperaturę otoczenia.
Kołysania mocy
Miejsce występowania:
− sieci zasilane wielostronnie, niezbyt mocno powiązane,
− linie sprzęgające duże elektrownie.
Przyczyny:
− zmiany obciążeniowe (np. nagłe odłączenia lub włączenia dużego odbioru),
− zwarcia w pobliżu jednej elektrowni.

11
Skutki:
− wypadnięcie elektrowni z synchronizmu,
− całkowite rozpadnięcie się systemu elektroenergetycznego.
Rodzaje kołysań mocy:
− synchroniczne – średnia wartość zmian kąta fazowego między współpracującymi
napięciami źródłowym. Średnia wartość tych zmian jest równa zeru. Kołysania zanikają
stopniowo wskutek tłumienia prądami wirowymi w wirnikach generatorów
synchronicznych,
− asynchroniczne – występuje zjawisko poślizgu. Powrót do normalnej pracy generatorów
synchronicznych jest trudniejszy. Przy niewielkiej rozbieżności między prędkościami
kątowymi wirników generatorów synchronicznych istnieje możliwość wpadnięcia
w synchronizm, wskutek czego kołysania mocy asynchroniczne przekształcają się
w kołysania mocy synchroniczne i stopniowo zostają wytłumione.
Generatory synchroniczne
Rodzaje zakłóceń:
elektryczne:
− zwarcia zewnętrzne:
- zwarcia na szynach,
- zwarcia na odgałęzieniach od szyn zbiorczych,
− przeciążenia,
− asymetria prądowa,
− zwarcia międzyfazowe w uzwojeniach stojana,
− zwarcia w jednym z uzwojeń stojana,
− zwarcia doziemne w obwodzie wzbudzenia,
− wzrost napięcia,
− utrata wzbudzenia,
− praca silnikowa,
mechaniczne.
Tabela 3. Zakłócenia w pracy generatorów synchronicznych i wielkości pomiarowe wykorzystywane do
wykrywania tych zakłóceń przez zabezpieczenia [10]
Rodzaj zakłócenia Wielkość pomiarowa
Zwarcie zewnętrzne
prąd fazowy uzwojenia stojana, napięcie na zaciskach
uzwojenia stojana, impedancja mierzona na zaciskach
stojana.
Przeciążenie ruchowe prąd w uzwojeniu stojana, temperatura uzwojenia stojana
Asymetria prądowa
prąd przeciwny w uzwojeniu stojana, temperatura żelaza
wirnika.
Zwarcie międzyfazowe
w uzwojeniu stojana
prąd różnicowy, prąd fazowy uzwojenia stojana.
Zwarcie uzwojenia stojana
z kadłubem
napięcie zerowe (wykorzystywane w przypadku bloków
generator-transformator), prąd zerowy (wykorzystywany
w przypadku generatorów pracujących bezpośrednio na
szyny zbiorcze).
Zwarcie zwojowe
w uzwojeniu stojana
napięcie między punktem zerowym i środkiem ciężkości
trójkąta napięć międzyfazowych, napięcie między punktami
zerowymi uzwojeń równoległych.

12
Zwarcie doziemne
w obwodzie wzbudzenia
napięcie względem ziemi wybranego punktu obwodu
wzbudzenia.
Zakłócenie w obwodzie
regulacji napięcia
napięcie na zaciskach stojana.
Utrata wzbudzenia
moc bierna na zaciskach stojana, kąt fazowy impedancji
ruchowej mierzonej na zaciskach stojana, prąd stały
w obwodzie wzbudzenia, prąd przemienny w obwodzie
wzbudzenia
Praca silnikowa moc czynna mierzona na zaciskach stojana
Transformatory
− zwarcia zewnętrzne,
− przeciążenia ruchowe,
− zwarcia wewnętrzne w uzwojeniach,
− zwarcia na wyprowadzeniach,
− przegrzanie żelaza,
− uszkodzenia przełączników zaczepów,
− nieszczelność kadzi,
− nieszczelność radiatorów,
− zakłócenia w pracy pomp olejowych,
− zakłócenia w pracy pomp wodnych,
− zakłócenia wentylatorów,
− inne.
Tabela 4. Zakłócenia w pracy transformatorów i wielkości pomiarowe wykorzystywane do wykrywania tych
zakłóceń przez zabezpieczenia [10]
Zwarcie zewnętrzne
− prąd fazowy w doprowadzeniach do zacisków,
− prąd przeciwny w doprowadzeniach do zacisków,
− napięcie na zaciskach,
− impedancja ruchowa mierzona na zaciskach.
Zwarcie zewnętrzne doziemne
− napięcie zerowe,
− prąd zerowy.
Przeciążenie ruchowe
− prąd w doprowadzeniach do zacisków,
− temperatura oleju,
− temperatura uzwojeń.
Zwarcie wewnętrzne lub na
doprowadzeniach
− prąd fazowy w doprowadzeniach,
Zwarcie wewnętrzne doziemne lub
na doprowadzeniach doziemne
− prąd zerowy.
Uszkodzenie wewnątrz kadzi lub
obniżenie poziomu oleju
− objętość gazów wydzielonych z oleju,
− prędkość przepływu oleju z kadzi do konserwatora,
− ciśnienie oleju w kadzi.
Zakłócenia w obiegu czynników
chłodzących (olej, woda, powietrze)
− temperatura oleju,
− temperatura uzwojeń.
Wzrost napięcia − napięcie na zaciskach.

13
Sieci elektroenergetyczne
− zwarcia,
− praca niepełnofazowa,
− kołysanie mocy,
− przeciążenia.
Tabela 5. Zakłócenia w pracy sieci elektroenergetycznych i wielkości pomiarowe wykorzystywane
do wykrywania tych zakłóceń przez zabezpieczenia [10]
Zwarcie wielofazowe
− prąd fazowy,
− prąd przeciwny,
− napięcie fazowe lub międzyfazowe,
− impedancja ruchowa,
− impedancja pętli zwarciowej,
Zwarcia doziemne
− prąd zerowy,
− składowa bierna mocy zerowej,
− składowa czynna mocy zerowej,
− iloczyn pierwszych impulsów napięcia zerowego i prądu
zerowego.
Przeciążenia
− prąd fazowy,
− temperatura części wiodących prądów.
Praca niepełnofazowa − prąd przeciwny.
Kołysanie mocy
− szybkość zmian prądu fazowego,
− szybkość zmian impedancji ruchowej.
Szyny zbiorcze
− zwarcia międzyfazowe,
− zwarcia doziemne.
Przyczyny zakłóceń:
− błędne czynności łączeniowe odłącznikami szynowymi,
− pęknięcia izolatorów odłącznikowych (np. wskutek działań dynamicznych),
− przebicie izolacji wyłączników i odłączników,
− wyładowanie ślizgowe na izolatorach wskutek pokrycia ich powierzchni pyłem
przewodzącym prąd,
− uszkodzenia odgromników, przekładników napięciowych lub prądowych.

14
Tabela 6. Zakłócenia w pracy szyn zbiorczych i wielkości pomiarowe wykorzystywane do wykrywania tych
Zwarcia
wielofazowe
− prąd fazowy w dopływach do szyn zbiorczych,
− prąd fazowy płynący przez wyłącznik sprzęgowy lub sekcyjny,
− impedancja ruchowa lub impedancja pętli zwarciowej mierzona
w polu wyłącznika sprzęgowego lub sekcyjnego,
Zwarcia
wielofazowe
Zwarcia doziemne
− prąd zerowy.
Silniki elektryczne
− zwarcia międzyfazowe w uzwojeniach i w doprowadzeniach,
− zwarcia doziemne w uzwojeniach i wyprowadzeniach,
− zwarcia międzyzwojowe,
− przeciążenia,
− przerwy w fazie,
− obniżenia i zaniki napięcia,
− uszkodzenia mechaniczne,
− wypadnięcia z synchronizmu (silniki synchroniczne).
Tabela 7. Zakłócenia w pracy silników prądu przemiennego i wielkości wykorzystywania do wykrywania tych
Zwarcie w uzwojeniach (ogólnie) − prąd fazowy w doprowadzeniach,
Zwarcia międzyfazowe w uzwojeniach − prąd różnicowy,
Zwarcia uzwojenia stojana z kadłubem − prąd zerowy.
Przeciążenie
− temperatura uzwojeń stojana.
Przerwa w jednej z faz
− prąd przeciwny w doprowadzeniach.
Obniżenie się lub zanik napięcia
zasilającego
− napięcie na doprowadzeniach.
Uszkodzenia mechaniczne (np. zatarcie
łożysk, zatarcie wirnika o stojan)
− prędkość obrotowa.
Wypadnięcie z synchronizmu silnika
synchronicznego
− prąd przemienny w uzwojeniu wzbudzającym,
− prąd tętniący w doprowadzeniach (szybkość
zmian prądu w doprowadzeniach, liczba
impulsów prądu tętniącego).
Wypadnięcie z synchronizmu silnika
synchronicznego wskutek przerwy
w obwodzie wzbudzeniowym
− moc bierna w doprowadzeniach prądu
w obwodzie wzbudzeniowym.

15
Kondensatory stacyjne
− przeciążenia prądowe, spowodowane wzrostem napięcia lub występowaniem wyższych
harmonicznych w czasowym przebiegu napięcia zasilającego,
− zwarcie międzyfazowe, powstające najczęściej na zewnątrz baterii kondensatorów lub na
jej zaciskach,
− przebicie kondensatorów do punktu zerowego,
− zwarcie w jednym z elementów kondensatorowych,
− przerwa w obwodzie jednego z elementów kondensatorowych.
Tabela 8. Zakłócenia w pracy kondensatorów stacyjnych i wielkości wykorzystywane do wykrywania tych
Przeciążenie prądowe − prąd fazowy w doprowadzeniach
Zwarcie międzyfazowe (ogólnie) − prąd fazowy w doprowadzeniach
Przebicie kondensatorów między zaciskiem
fazowym i punktem zerowym
− prąd fazowy w doprowadzeniach
Przebicie jednego elementu
kondensatorowego lub przerwy w obwodzie
jednego z elementów kondensatorowych
− napięcie między punktami zerowymi grup
elementów kondensatorowych
4.1.2. Pytania sprawdzające
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do ich wykonania.
1. Jakie są zadania techniki zabezpieczeń przekaźnikowych?
2. Jakie są zadania elektroenergetycznej automatyki łączeniowej?
3. Jakie są podstawowe wymagania stawiane zabezpieczeniom?
4. Co nazywamy zakłóceniem w systemie elektroenergetycznym?
5. Jakie zakłócenia mogą wystąpić w systemie elektroenergetycznym?
6. Jakie rodzaje zakłóceń spotyka się w generatorach?
7. Jakie rodzaje zakłóceń spotyka się w transformatorach?
8. Jakie rodzaje zakłóceń spotyka się w sieciach elektroenergetycznych?
9. Jakie rodzaje zakłóceń spotyka się w silnikach elektrycznych?
4.1.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Przedstaw, jakie zakłócenia mogą wystąpić w przedstawionej na rysunku sieci
elektroenergetycznej. Krótko omów, w jaki sposób można zidentyfikować te zakłócenia.

16
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zidentyfikować elementy systemu elektroenergetycznego,
2) wymienić przynajmniej dwa zakłócenia, jakie mogą wystąpić w systemie
elektroenergetycznym,
3) wskazać sposób identyfikowania tych zakłóceń,
4) opisać sposoby zapobiegania zakłóceniom.
Wyposażenie stanowiska pracy:
− przybory kreślarskie,
− normy, katalogi, poradniki.
4.1.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz: Tak Nie
1) zidentyfikować elementy systemu elektroenergetycznego?
2) zidentyfikować zakłócenia występujące w systemie
elektroenergetycznym?
3) opisać skutki zakłóceń w systemie elektroenergetycznym?
4) opisać metody usuwania zakłóceń w systemie elektroenergetycznym?
4.2. Elektroenergetyczna automatyka zabezpieczeniowa
Zadaniem elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej (EAZ) jest zapobieganie
zakłóceniom lub zagrożeniom w układzie elektroenergetycznym i jego elementach.
Rodzaje automatyki zabezpieczeniowej:
eliminacyjna – obejmuje procesy eliminacji z pracy elementów dotkniętych zakłóceniami
(np. zwarcie);
restytucyjna – dokonuje zmian konfiguracji układu po eliminacji zakłócenia (samoczynne
ponowne załączenie – SPZ, samoczynne załączenie rezerwy – SZR i inne);
prewencyjna – obejmuje likwidację lub sygnalizację takich zakłóceń, jak: przeciążenie
mocą czynną, przeciążenie cieplne, kołysanie mocy, zmniejszenie się częstotliwości
(SCO), zmiany wartości napięcia, zjawiska ferrorezonansu.

17
Inne działy automatyki związane z elektroenergetyczną automatyką zabezpieczeniową:
Automatyka informacyjna (EAI) – zadaniem jej jest:
− zbieranie i przekazywanie informacji o: wartościach prądów, napięć, mocy, stanie
łączników,
oraz:
− rejestrowanie zdarzeń (awarie),
− lokalizacja zakłóceń.
Automatyka manewrowa (EAM) – obejmuje dokonywanie na polecenie dyspozytora:
− zmian konfiguracji układu,
− nastawienia zabezpieczeń,
− nastawienia poziomu napięcia.
Elementy elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej (EAZ):
urządzenia przetwarzające (przekładniki, przetworniki, filtry),
urządzenia zabezpieczające, które kontrolują przebieg wybranej wielkości mierzonej lub
reagują na jej zmiany (bezpieczniki, wyzwalacze, przekaźniki, zespoły
zabezpieczeniowe),
urządzenia wykonawcze umożliwiające oddziaływanie zabezpieczeń na aparaturę
łączeniową (cewki załączające i wyłączające, blokujące zbrojenia napędu,
elektrozawory);
źródła energii pomocniczej,
obwody pomocnicze.
Urządzenia EAZ powinny odznaczać się:
wybiórczym działaniem,
szybkim działaniem,
odpowiednią czułością,
niezawodnością,
małym poborem mocy.
Klasyfikacja przekaźników i zabezpieczeń
Przekaźnik składa się z członu rozruchowego i członu wykonawczego. Pod wpływem
przyłożenia lub odpowiedniej zmiany wielkości fizycznej oddziałującej na wejście,
przekaźnik wytwarza przewidziane zmiany skokowe na wyjściu (wyjściach).
Wyzwalacz jest odmianą przekaźnika. Wyzwalacz pod wpływem pojawienia się, zaniku
lub zmiany wielkości zasilającej, powoduje w sposób mechaniczny odryglowanie napędu
łącznika i otwarcie lub zamknięcie tego łącznika.
Rys. 2. Schematy: a) przekaźnika, b) wyzwalacza [wg 5]:
1 – zestyk rozwierny,
2 – zestyk zwierny,
3 – napęd łącznika,
4 – łącznik,
5 – zamek,
6 – wyzwalacz.

18
Podział przekaźników ze względu na konstrukcję:
elektromechaniczne,
statyczne (bez ruchomych elementów), w których skokową zmianę wywołują podzespoły
elektroniczne, magnetyczne, optyczne lub inne.
Podział przekaźników ze względu na zasadę działania:
elektromagnetyczne,
magnetoelektryczne,
indukcyjne,
elektrodynamiczne,
indukcyjno-dynamiczne,
cieplne.
Podział przekaźników ze względu na przeznaczenie:
pomiarowe,
pomocnicze.
Rys. 3. Schematy zastosowania wyzwalaczy i przekaźników [5]:
a) układ z wyzwalaczem pierwotnym,
b) układ z wyzwalaczem wtórnym,
c) układ z przekaźnikiem pierwotnym i wyzwalaczem
pomocniczym,
d) układ z przekaźnikiem wtórnym i wyzwalaczem
pomocniczym,
e) układ z przekaźnikiem wtórnym i wyzwalaczem pomocniczym
przy zastosowaniu wyzwalania prądem przekładnikowym,
1 – wyłącznik,
2 – wyzwalacz pierwotny,
3 – wyzwalacz wtórny,
4 – wyzwalacz pomocniczy,
5 – przekaźnik pierwotny,
6 – przekaźnik wtórny,
7 – przekładnik prądowy,
RI – przekaźnik nadprądowy,
OW – wyzwalacz.
Podział przekaźników ze względu na sposób działania:
nadmiarowe – reagują na wzrost wielkości pomiarowej,
niedomiarowe – reagują na zmniejszenie się wielkości pomiarowej,
kierunkowe – reagują na zmianę kierunku przepływu wielkości pomiarowej,
różnicowe – reagują na określoną różnicę dwóch wartości tej samej wielkości
pomiarowej,
udarowe – reagują na skokową zmianę wielkości pomiarowej o wartość przekraczającą
wartość rozruchową,
stromościowe – reagują na szybkość zmian wielkości pomiarowej.

19
Podział przekaźników ze względu na rodzaj pobudzającej je wielkości:
Przekaźniki elektryczne:
− prądowe I,
− napięciowe E,
− mocowe P,
− impedancyjne X,
− częstotliwościowe f,
− porównawczo-fazowe PF.
Przekaźniki nieelektryczne:
− gazowo-przepływowe (Buchholza) G,
− termometryczne.
Przekaźniki pomocnicze:
− pośredniczące, które służą do powielenia zestyków oraz wzmocnienia mocy
łączeniowej,
− zwłoczne (czasowe), które są przekaźnikami pomocniczymi, w których czas
zadziałania lub czas odpadu jest celowo wydłużony,
− sygnałowe, które są stosowane do optycznej sygnalizacji stanu pracy, mechanicznego
zapamiętania stanu zadziałania oraz potwierdzenia usunięcia przyczyny zakłócenia.
Rodzaje zabezpieczeń:
podstawowe – zabezpieczenie to może być jednocześnie zabezpieczeniem rezerwowym
dla innego elementu systemu,
rezerwowe.
Przekaźniki prądowe (inne określenia to: nadprądowe lub nadmiarowo-prądowe)
Po przekroczeniu nastawionej na podziałce wartości prądu przekaźnik ten zwiera (lub
rozwiera) zestyk i podaje impuls (poprzez przekaźnik pomocniczy) na otwarcie wyłącznika.
Rodzaje przekaźników prądowych:
elektromagnetyczne,
indukcyjne,
cieplne,
statyczne.
Rys. 4. Elementy przekaźnika pomiarowego elektromagnetycznego dla różnych rozwiązań

20
konstrukcyjnych [5]:
1 – rdzeń,
2 – kotwiczka,
3 – sprężynka zwracająca,
4 – uzwojenia,
5 – podziałka,
6 – zestyk.
Rys. 5. Budowa przekaźnika indukcyjnego RIz [5]:
1 – rdzeń,
2 – zwoje zwarte,
3 – obrotowa tarcza aluminiowa,
4 – ramka,
5 – sprężyna zwrotna,
6 – magnes hamujący,
7 – ślimak,
8 – segment ślimacznicy,
9 – dźwignia przechylająca zworę
ruchomą i działająca na styki,
10 – zwora ruchoma,
11 – sztabka stalowa przyciągana przez
rdzeń,
12 – styki,
13 – śruba do regulacji zwłoki czasowej,
14 – podziałka zwłoki czasowej,
15 – doprowadzenie prądu z przełącznikiem
wtyczkowym,
16 – śruba do regulacji prądu zadziałania członu
bezzwłocznego,
17 – ogranicznik ruchu ramki z tarczą,
18 – łożyska tarczy,
19 – łożysko segmentu ślimacznicy,
20 – ramię segmentu ślimacznicy,
21 – płytka zwierająca styki.
Rys. 6. Zasada budowy i działania przekaźnika cieplnego [5]:
1 – bimetal,
2 – sprężyna nastawcza,
3 – sprężyna zwrotna.

21
Prąd przemienny po wyprostowaniu i wygładzeniu płynie przez rezystor R (rys 7b).
Spadek napięcia na tym rezystorze (proporcjonalny do wartości prądu przemiennego) jest
porównywany z wzorcowym napięciem 12 V. Taki układ może być stosowany również do
pomiaru napięcia.
Rys. 7. Przekaźnik pomiarowy statyczny do pomiaru prądu przemiennego [5]:
a) schemat ideowy,
b) schemat blokowy.
Podstawowe parametry przekaźników:
prąd rozruchu Ir – najmniejsza wartość prądu powodująca zmianę stanu przekaźnika.
prąd powrotu Ip – największa wartość prądu, przy której następuje powrót przekaźnika
do stanu początkowego.
współczynnik kp powrotu – stosunek Ip/Ir
błąd bezwzględny – algebraiczna różnica między wartością zadziałania wielkości
pomiarowej a wartością nastawienia przekaźnika.
Wartość błędu decyduje o klasie dokładności przekaźnika.
Przekaźniki ze względu na wartość błędu dzielimy na klasy dokładności. Czas
zadziałania przekaźnika elektromagnetycznego nadprądowego bezzwłocznego nie powinien
przekraczać 60 ms.
a) b) c)
Rys. 8. Charakterystyki czasowo-prądowe przekaźników [5]:
a) niezależna,
b) częściowo zależna (przekaźniki indukcyjne),
c) zależna (przekaźniki cieplne).
Umieszczając w jednej obudowie jeden, dwa lub trzy przekaźniki nadprądowe
z przekaźnikiem czasowym można uzyskać przekaźnik nadprądowy zwłoczny
o charakterystyce niezależnej.

22
Tabela 9. Przekaźniki nadprądowe o charakterystyce niezależnej [6]
Typ przekaźnikaPrzekaźnik
prądowy
Przekaźnik
czasowy 1-fazowy 2-fazowy 3-fazowy
RI-2 RT-106
–
RIT-2
Rio-2
RIT-3
Rio-3
RI-4 RT-112 RITs-1
RIT-200
RIo-200
RIT-300
RIo-300
RI-6
RT-400
RT-400
R1T-116
RIT-126
RIT-216
RIT-226
RIo-216
RIo-226
RIT-316
RIT-326
RIo-316
RIo-326
RI-3
RTi-400
RTi-400
RIT-113
RIT-123
RIT-213
RIT-223
RIo-213
RIo-223
RIT-313
RIT-323
RIo-313
RIo-323
RI-80 RT-60 –
RIT-20
Rlo-20
RIT-30
RIo-30
RIx RTx –
RITx-20
RIx-21
RITx-30
RIx-31
Rys. 9. Symbole graficzne przekaźników prądowych [5]:
a) nadprądowego,
b) nadprądowego na duże wartości rozruchowe,
c) nadprądowego zwłocznego,
d) nadprądowego zwłocznego cieplnego.
Przekaźniki napięciowe
Zasada działania jest identyczna jak przekaźników prądowych (różnica polega na tym,
że cewka elektromagnesu o dużej liczbie zwojów jest nawinięta cienkim drutem, a podziałka
jest wyskalowana w woltach).
Przekaźniki podnapięciowe działają przy wartości napięcia mniejszej od nastawionej,
a nadnapięciowe reagują na wzrost napięcia ponad nastawioną wartość.
Rys. 10. Symbole graficzne przekaźników napięciowych [6]:
a) podnapięciowego,
b) nadnapięciowego,
c) podnapięciowego zwłocznego,
d) nadnapięciowego zwłocznego.
Rys. 11. Zależności między napięciem rozruchowym Ur i napięciem powrotu Up
przekaźników podnapięciowych i nadnapięciowych [2]

23
Przekaźniki statyczne są stosowane w zespołach zabezpieczeń oraz w układach sterowania
i automatyki elektroenergetycznej (SZR). Przełącznikiem można przestawić przekaźnik
z pracy podnapięciowej na nadnapięciową.
Przekaźniki kątowe (inne określenia to: mocowe lub kierunkowe)
Reagują na iloczyn prądu i napięcia oraz kosinusa lub sinusa kąta między wektorami tych
wielkości.
Rodzaje ustrojów:
− elektrodynamiczne,
− indukcyjne,
− indukcyjno-elektrodynamiczne,
− mostkowo-magnetoelektryczne,
− analogiczne jak w watomierzach.
Rys. 12. Budowa przekaźnika kierunkowego elektrodynamicznego [5]:
1 – cewka prądowa,
2 – cewka napięciowa w kształcie
ruchomej ramki,
3 – zestyk. Zamyka lub otwiera się w zależności
od kierunku przepływu mocy,
4 – sprężyna zwrotna,
5 – rdzeń.
Przekaźniki impedancyjne (odległościowe)
Przekaźnik ten reaguje na iloraz napięcia U i prądu I, czyli na wartość impedancji
Z w miejscu jego zainstalowania:
I
U
Z = (1)
Rys. 13. Zasada działania przekaźnika podimpedancyjnego [5]:
1 – uzwojenie prądowe,
2 – uzwojenie napięciowe,
3 – rdzeń stalowy,
4 – dźwignia,
5 – zwieracz,
6 – zestyk,
7 – ogranicznik.

24
Podczas normalnej pracy (rys. 13) dźwignia 4 jest utrzymywana w równowadze
(strumienie cewki prądowej i napięciowej są jednakowe). Podczas zwarcia napięcie maleje
a prąd wzrasta – równowaga strumieni zostaje naruszona – dźwignia zwiera zestyk.
Impedancja obwodu zwarciowego mierzona jest od miejsca zainstalowania przekaźnika
do miejsca zwarcia. Jeżeli impedancja jest mniejsza od nastawionej wartości – przekaźnik
zadziała.
Przekaźniki impedancyjne stosuje się jako człony rozruchowe przekaźników
odległościowych. Miarą odległości od miejsca zwarcia jest impedancja.
Czas zadziałania przekaźników odległościowych (jest on funkcją odległości miejsca zwarcia
od miejsca zainstalowania przekaźnika) zmienia się skokowo (rys. 14).
Rys. 14. Zabezpieczenia odległościowe i charakterystyki przekaźników [5]
Przekaźniki różnicowe
Z obu stron zabezpieczanego obiektu umieszczone są przekładniki prądowe tak dobrane,
aby w czasie normalnej pracy urządzenia dla prądów wtórnych zachodziła zależność: "
2
'
1 II = .
Rys. 15. Schemat układu zabezpieczenia różnicowego [5]:
1 – urządzenie zabezpieczane,
2, 3 – przekładniki prądowe,
4 – przekaźnik nadprądowy.
Przy zwarciu w zabezpieczanej strefie prąd '
1I i '
2I mają różne amplitudy i fazy, a przez
przekaźnik 4 płynie prąd. Zadziałanie przekaźnika powoduje dwustronne wyłączenie
zabezpieczanego obiektu.
Inne przekaźniki pomiarowe
− przekaźniki częstotliwościowe,
− przekaźniki do zabezpieczeń ziemnozwarciowych,
− przekaźniki porównawczo-fazowe,
− przekaźniki specjalne (do układów SPZ, kontroli stanu izolacji, zabezpieczenia szyn
zbiorczych).

25
Wyzwalacze pierwotne stosowane są w sieciach średnich napięć jako zabezpieczenie
nadprądowe. Otwarcie wyłącznika odbywa się poprzez dźwignię. Zwłokę czasową uzyskuje
się przez wbudowany w rdzeń silniczek i zespół zębatek.
Rys. 16. Budowa wyzwalacza pierwotnego WIp [5]:
M – silnik.
Przekaźniki pośredniczące
Stosuje się je do zwiększenia:
− liczby zestyków,
− zdolności wyłączania i załączania przekaźnika pomiarowego.
Działanie ich opiera się na tej samej zasadzie, co przekaźników pomiarowych. Działają
w zakresie napięcia 0,7 ÷ 1,1 UN.
Czas zadziałania (od chwili podania napięcia na cewkę do chwili zamknięcia zestyków)
nie przekracza 25 ms.
Rys. 17. Przekaźnik pomocniczy pośredniczący [5]:
a) symbol graficzny,
b) budowa,
c) zestyk przełączny.
Przekaźniki sygnałowe
Zadaniem przekaźnika sygnałowego jest dostarczenie informacji o zadziałaniu
zabezpieczenia.
Rys. 18. Przekaźnik pomocniczy sygnałowy z tzw. opadającą klapką [2]
Po zadziałaniu przekaźnika (przyciągnięcie zwory) klapka opada i powoduje zamknięcie
zestyku do czasu cofnięcia klapki przez naciśnięcie dźwigienki. Zwolnienie samoczynne
zwory nie powoduje rozwarcia tego zestyku.
Przekaźniki czasowe
Stosowane są tam, gdzie jest konieczne uzyskanie zwłok czasowych. Wykonane są jako
samodzielne przekaźniki lub jako elementy wbudowane w zespoły przekaźnikowe.

26
Rodzaje przekaźników czasowych:
− z mechanizmem zegarowym i napędem elektromagnesowym,
− z silnikiem synchronicznym,
− uruchamiane elektromagnesem, lecz hamowane mechanizmem z tarczą obracającą się
w polu magnesu trwałego,
− elektroniczne.
Rys. 19. Budowa przekaźnika czasowego z napędem elektromagnesowym
z mechanizmem zegarowym [5]:
a) konstrukcja,
b) symbol graficzny,
1 – elektromagnes,
2 – styk ruchomy,
3 – styk nieruchomy,
4 – sprężyna napędzająca,
5 – sprężyna zwracająca,
6 – podziałka nastawień czasu,
7 – wychwyt.
Tabela 8. Przekaźniki czasowe [5]
Realizowana funkcja
Typ serii
Sposób pomiaru
czasu
Sposób sygnalizacji
czasu trwania pracy
przekaźnika
opóźnienie
zadziałania
opóźnienie
odpadu
Napięcie
pomocnicze
RT-410 RTo-410 =wskazówka
holowana RT-420 RTo-420 brak
RTk-410 RTko-410 =brak wskaźnika
mierzonego czasu RTk-420 RTko-420 brak
RTi-410 =
RT-400
mechanizm
zegarowy
wskazówka
holowana RTi-420 brak
RT-60
Indukcyjno-
mechaniczny
wskaźnik klapkowy RT-60 RTo-60 =
RTs-60
silniczek
synchroniczny
brak wskaźnika
czasu trwania pracy
przekaźnika
RTs-61
RTs-62
RTs-63
brak
=
brak
RS-521 brak
RS-522 brak
RS-541 brak
RS-500
silniczek
synchroniczny
brak wskaźnika
mierzonego czasu
RS-542 brak
RTx
układ
elektroniczny
brak wskaźnika
mierzonego czasu
RTx-10
RTx-20
= ~
= ~
RZ
mechanizm
zegarowy
wskazówka
holowana
RZf-2 =
Elektroniczne zespoły zabezpieczeniowe
Jeden wybrany zespół zabezpieczeń w wykonaniu elektronicznym zastępuje kilkadziesiąt
konwencjonalnych przekaźników pomiarowych i pomocniczych niezależnie od rodzaju
zabezpieczanego elementu (transformatora, linii, generatora).

27
Rodzaje stosowanych elektronicznych zespołów zabezpieczeniowych:
system modułowy automatyki zabezpieczeniowej (SMAZ),
system zespołowej automatyki zabezpieczeniowej (ZAZ).
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jakie rodzaje przekaźników stosuje się w układach zabezpieczeniowych?
2. Jak dzielimy przekaźniki ze względu na ich budowę?
3. Jakie są dane znamionowe przekaźników?
4. Jakie jest działanie przekaźników stosowanych w układach automatyki
zabezpieczeniowej?
5. Jakie zastosowanie mają przekaźniki w układach automatyki zabezpieczeniowej?
4.2.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Rozpoznaj przekaźniki na podstawie wyglądu zewnętrznego oraz danych znamionowych.
1) zidentyfikować przekaźnik na podstawie wyglądu zewnętrznego oraz danych
znamionowych umieszczonych na tabliczce znamionowej,
2) opisać przeznaczenie przykładowych przekaźników,
3) wskazać przekładowe zastosowanie każdego z nich.
− przykładowe przekaźniki (przynajmniej pięć typów i rodzajów),
− katalogi przekaźników,
− dostęp do Internetu,
− zeszyt do ćwiczeń,
− ołówek.
Ćwiczenie 2
Badanie przekaźników nadmiarowo-prądowych.
1) połączyć układ pomiarowy jak na rysunku:

28
2) zwiększając prąd I płynący przez cewkę przekaźnika zmierzyć prąd rozruchu przekaźnika
Ir (najmniejsza wartość prądu, przy której załącza się przekaźnik) oraz prądu powrotu Ip
(największa wartość prądu przy której zestyki przekaźnika rozwierają się),
3) wykonać po trzy pomiary prądu Ir i Ip,
4) wyznaczyć dla każdego pomiaru współczynnik powrotu
r
p
p
I
I
k = ,
5) wyznaczyć średnią wartość współczynnika powrotu,
6) sformułować wnioski dotyczące stanu technicznego przekaźnika nadmiarowo-prądowego,
7) dokonać analizy wykonanej pracy.
− przekaźniki nadmiarowo-prądowe,
− katalogi przekaźników nadmiarowo-prądowych,
− stanowisko pomiarowe,
− przyrządy pomiarowe,
− kartki papieru,
− kalkulator,
− linijka,
− ołówek.
Ćwiczenie 3
Badanie przekaźników podnapięciowych.
1) połączyć układ pomiarowy jak na rysunku:
2) zmniejszając napięcie na cewce przekaźnika zmierzyć jego napięcie rozruchu Ur
(najmniejsza wartość napięcia, przy której nastąpi zadziałanie przekaźnika – zwora
odpadnie a zestyk rozwierny zamknie się),
3) zwiększając napięcie na cewce przekaźnika zmierzyć jego napięcie powrotu Up
(największa wartość napięcia, przy której nastąpi przyciągnięcie zwory przekaźnika a
zestyk rozwierny otworzy się),
4) wykonać po trzy pomiary napięcia Ur i Up,
5) wyznaczyć dla każdego pomiaru współczynnik powrotu
r
p
p
U
U
k = ,
6) wyznaczyć średnią wartość współczynnika powrotu,
7) sformułować wnioski dotyczące stanu technicznego przekaźnika podnapięciowego,
− przekaźniki podnapięciowe,
− katalogi przekaźników podnapięciowych,

29
− kartki papieru,
− kalkulator,
− linijka,
− ołówek.
Ćwiczenie 4
Badanie przekaźników pomocniczych.
1) zapoznać się z instrukcją do ćwiczenia,
2) połączyć układ pomiarowy zgodnie ze schematem z instrukcji,
3) wyznaczyć współczynnik powrotu,
4) wyznaczyć czas zadziałania przekaźnika dla zestyków zwiernych i rozwiernych,
5) dokonać porównania z otrzymanych wartości z danymi katalogowymi,
6) sformułować wnioski dotyczące stanu technicznego przekaźnika pomocniczego,
− instrukcja do ćwiczeń,
− przekaźniki pomocnicze,
− katalogi przekaźników pomocniczych,
− kartki papieru,
− kalkulator,
− linijka,
− ołówek.
1) wymienić rodzaje przekaźników stosowanych w automatyce
zabezpieczeniowej?
2) opisać właściwości przekaźników stosowanych w automatyce
zabezpieczeniowej?
3) scharakteryzować zastosowanie przekaźników w automatyce
zabezpieczeniowej?
4) wyznaczyć współczynnik powrotu przekaźnika nadmiarowo-prądowego?
5) wyznaczyć współczynnik powrotu przekaźnika podnapięciowego?

30
4.3. Przekładniki prądu przemiennego
Przekładniki prądu przemiennego są to specjalne transformatory służące do zmiany
zakresów pomiarowych przyrządów prądu przemiennego.
Stosowanie przekładników umożliwia:
– oddzielenie izolacyjne strony WN od strony pomiarowej (w sieciach WN),
– stosowanie standardowych mierników i przekaźników,
– ochronę mierników i przekaźników przed bezpośrednimi skutkami prądów zwarciowych,
– usunięcie przyrządów pomiarowych z pola oddziaływania silnych pól magnetycznych
przy dużych prądach,
– przeniesienie miernika na pewną odległość do miejsca dogodnego dla obsługi.
Zastosowanie przekładnika zmniejsza dokładność pomiaru ze względu na:
– błąd przekładni spowodowany różnicą między przekładnią rzeczywistą i znamionową,
– błąd kątowy, to jest przesunięcie fazowe między napięciem lub prądem pierwotnym,
i napięciem lub prądem wtórnym, istotny przy pomiarach mocy i fazy.
Przekładniki prądowe
Zastosowanie przekładników prądowych:
– transformacja dużych wartości prądu w celu zmniejszenia go do poziomu
umożliwiającego jego bezpośrednie wykorzystanie do pomiarów lub zabezpieczeń,
– zapewnienie bezpieczeństwa obsługi,
– umożliwienie typizacji przyłączonych urządzeń.
Zasada działania przekładnika prądowego
Przekładnik prądowy jest to 1-fazowy transformator pracujący w warunkach zbliżonych
do stanu zwarcia, bowiem do jego zacisków wtórnych przyłącza się elementy o bardzo małej
impedancji (amperomierze, cewki prądowe watomierzy, liczników, przekaźników
nadprądowych). Uzwojenia przekładników prądowych wykonuje się o małej liczbie zwojów
z grubego drutu, więc impedancja strony pierwotnej przekładnika prądowego jest bardzo mała
i nie wpływa ona na wartość prądu w obwodzie głównym oraz powoduje niewielki spadek
napięcia na uzwojeniu pierwotnym.
Przekładnia przekładnika prądowego jest równa stosunkowi prądu pierwotnego do prądu
wtórnego:
2
1
2
1
N
N
I
I
Ki ≈= (2)
gdzie: N1 i N2 – liczba zwojów uzwojenia pierwotnego i wtórnego.
Znamionowemu prądowi po stronie pierwotnej odpowiada po stronie wtórnej prąd
o natężeniu 5 A lub 1 A.
Ponieważ przepływy magnetyczne obu uzwojeń wytwarzają przeciwnie skierowane
strumienie magnetyczne, zachodzi, więc zależność:
I1·N1 – I2·N2 = Iμ·N1 (3)
gdzie: Iµ – prąd magnesujący rdzeń.

31
a) b) c)
Rys 20. Zasada pracy przekładnika prądowego (w nawiasach podane są stare oznaczenia zacisków) [2]:
a) układ,
b) schemat,
c) przed przerwaniem obwodu wtórnego należy zewrzeć zaciski
wyjściowe przekładnika.
W przypadku przerwy w obwodzie wtórnym, prąd I2 = 0:
Wówczas: I1·N1 = Iμ·N1 (4)
Ponieważ iloczyn I1·N1 nie zmienił się – zwiększa się znacznie prąd Iμ wytwarzając
w rdzeniu duży strumień magnetyczny. Wzrost tego strumienia powoduje przegrzanie rdzenia
oraz indukowanie w uzwojeniu wtórnym (o dużej liczbie zwojów) bardzo wysokiego napięcia
o wartości dochodzącej nawet do kilkudziesięciu kilowoltów.
Z tego powodu uzwojenia wtórnego przekładnika prądowego nie wolno przerywać.
W przypadku wykonywania przełączeń w obwodzie wtórnym przekładnika prądowego,
przed przełączeniem należy zewrzeć zaciski strony wtórnej.
Wielkości charakteryzujące przekładniki prądowe:
– napięcie znamionowe UN,
– znamionowy prąd pierwotny I1N,
– znamionowy prąd wtórny I2N,
– klasa dokładności,
– moc znamionowa S2N,
– liczba przetężeniowa n,
– znamionowy prąd jednosekundowy It1,
– znamionowy prąd szczytowy iNsz.
Klasa dokładności przekładnika prądowego zależy od uchybu prądowego, wyrażanego w %,
oraz uchybu kątowego między wektorami prądów (wtórnego względem odwróconego
pierwotnego), wyrażanego w minutach kątowych.
Uchyb prądowy Δi określony jest wzorem:
%100
1
12
I
IIK
i i −
=Δ (5)
Klasy dokładności produkowanych przekładników prądowych i ich zastosowanie:
0,1; 0,2 – stosuje się w pomiarach laboratoryjnych oraz do pomiaru energii w elektrowniach,
0,5 – stosuje się w pomiarach rozliczeniowych energii elektrycznej,
1,0 – stosuje się do zasilania mierników,
3 i 5 – stosuje się do pomiarów orientacyjnych,
5P i 10P – stosuje się do celów zabezpieczeniowych (zasilanie przekaźników).

32
Moc znamionowa S2N w VA określona jest wzorem:
ZIS NN ⋅= 2
22 (6)
gdzie: I2N – znamionowy prąd strony wtórnej, w A;
Z – dopuszczalna impedancja cewek urządzeń przyłączonych do zacisków wtórnych
przekładnika prądowego, w Ω.
Przekroczenie mocy znamionowej powoduje nie utrzymanie się w określonych granicach
dokładności.
Liczba przetężeniowa n jest to krotność prądu I1N, przy której uchyb prądowy wynosi 10%.
Znamionowy prąd jednosekundowy It1 oraz znamionowy prąd szczytowy INsz określają
cieplną i elektrodynamiczną wytrzymałość przekładnika prądowego. Wyrażane są one jako
krotność prądu I1N.
Dobór przekładników prądowych
Napięcie znamionowe przekładnika prądowego powinno być równe napięciu
znamionowemu sieci, w której ma on być zainstalowany. Prąd znamionowy pierwotny
powinien być tak dobrany, aby przeciążenie przekładnika prądowego nie przekraczało 20 %.
Prąd znamionowy wtórny przekładnika prądowego najczęściej wynosi 5 A.
Gdy odległość między przekładnikiem prądowym a miejscem zainstalowania mierników lub
przekaźników wynosi około 100 metrów lub więcej, dobiera się prąd wtórny o wartości 1 A.
Klasa dokładności przekładnika prądowego powinna być co najmniej równa klasie
najdokładniejszego z przyrządów zasilanych z tego przekładnika.
Moc znamionowa S2N lub odpowiadająca jej impedancja Z2N określa maksymalną
impedancję urządzeń przyłączonych do strony wtórnej.
Liczba przetężeniowa powinna wynosić:
– do 3 – dla przekładników do zasilania przyrządów rejestrujących,
– do 10 – dla przekładników do zasilania mierników wskazówkowych, liczników
i przekaźników niezależnych,
– powyżej 10 – dla przekładników do zasilania pozostałych przekaźników.
Przekładniki napięciowe
Przekładniki napięciowe służą do transformacji wysokiego napięcia na niższe, możliwe
do wykorzystania do celów pomiarowych i zabezpieczeniowych.
Przekładniki napięciowe włącza się do sieci równolegle.
Ze względu na niewielkie obciążenie przyłączone do obwodu wtórnego normalna praca
przekładnika napięciowego jest zbliżona do pracy transformatora w stanie jałowym. Zasadę
działania przekładnika napięciowego pokazano na rys. 21.
Przekładnia Ku przekładnika napięciowego jest to stosunek znamionowego napięcia po
stronie pierwotnej do znamionowego napięcia po stronie wtórnej:
2
1
2
1
N
N
U
U
K
N
N
u ≈= (7)
gdzie: N1 i N2 – liczba zwojów uzwojenia pierwotnego i wtórnego.
Znamionowe napięcie strony wtórnej wynosi: 100 V lub 3100/ V.

33
a)
b)
Rys. 21. Zasada pracy przekładnika napięciowego (w nawiasach podane są
stare oznaczenia zacisków) [2]:
a) układ,
b) symbole graficzne.
Układy połączeń przekładników napięciowych
Przekładniki napięciowe są budowane jako jednofazowe. Ponieważ jednak pracują
w sieciach trójfazowych, łączy się je w różne układy.
Układ V – stosowany jest w sieci z izolowanym punktem neutralnym (sieci średnich napięć).
W układzie tym napięcia znamionowe pierwotne są równe napięciu międzyfazowemu sieci,
a napięcia wtórne wynoszą 100 V.
Układ gwiazdy – stosowany jest w sieciach z uziemionym i z izolowanym punktem
neutralnym. Napięcia strony pierwotnej przekładników są równe napięciu fazowemu sieci,
a strony wtórnej 3100/ V.
Rys. 22. Układy połączeń przekładników napięciowych [2]:
a) układ V,
b), c) układy gwiazdowe,
d) dodatkowe uzwojenie wtórne do
zabezpieczeń ziemnozwarciowych.
Układy połączeń podane na rys. 22a) i b) są stosowane w sieciach z izolowanym punktem
neutralnym, a na rysunku 22c – w sieciach z uziemionym punktem neutralnym.
Przekładnie przekładników napięciowych są w różnych układach tak dobrane, aby na
zaciskach strony wtórnej napięcie zawsze wynosiło 100 V.

34
Zabezpieczenie przekładników napięciowych
Przekładniki napięciowe należy po stronie niskiego napięcia zabezpieczyć
bezpiecznikami przed zwarciami w obwodzie wtórnym. Po stronie pierwotnej (do napięć
o wartości do 30 kV) zabezpiecza się je bezpiecznikami przekładnikowymi, nie jest to jednak
konieczne.
Wielkości charakteryzujące przekładniki napięciowe:
– Napięcie znamionowe pierwotne U1N i wtórne U2N w V.
– Moc znamionowa SN w V⋅A, tj. moc, jaką można obciążyć przekładnik, aby uchyb był
zachowany w granicach określonych klasą dokładności przekładnika. Sumaryczna moc,
jaką obciąża się przekładnik, nie może przekroczyć jego mocy znamionowej.
– Klasa dokładności.
Klasy dokładności produkowanych przekładników napięciowych i ich zastosowanie:
0,2 i 0,5 – stosuje się do zasilania liczników rozliczeniowych,
1 – do zasilania liczników kontrolnych, jednofazowych energii biernej oraz do pomiarów
i zabezpieczeń,
3 – do zasilania zabezpieczeń nad- i podnapięciowych oraz mierników wskaźnikowych.
– Moc graniczna Sgr w V⋅A, tj. moc maksymalna, jaką można obciążyć przekładnik ze
względu na jego dopuszczalną temperaturę. Moc ta jest wielokrotnie większa od
znamionowej i uchyby są znaczne, toteż służy wyłącznie do doboru zabezpieczeń obwodu
wtórnego (bezpieczników lub zabezpieczeń nadprądowych).
1. Jakie rodzaje przekładników rozróżniamy ze względu na przeznaczenie w układach
zabezpieczeniowych?
2. Jakie rodzaje przekładników rozróżniamy ze względu na ich budowę?
3. Jakie dane znamionowe charakteryzują poszczególne rodzaje przekładników?
4. Jakie cechy charakterystyczne posiadają poszczególne układy połączeń przekładników?
5. Jakie czynności należy wykonać przed dokonaniem przełączeń w obwodzie wtórnym
przekładnika prądowego?
6. W jaki sposób zabezpiecza się przekładniki napięciowe przed skutkami zwarć?
4.3.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Rozpoznaj i scharakteryzuj przekładniki na podstawie danych znamionowych i oznaczeń.
1) dokonać oględzin dostępnych przekładników,
2) scharakteryzować dane znamionowe przynajmniej jednego przekładnika prądowego
i jednego napięciowego,
3) wymienić zastosowanie każdego z nich.

35
− instrukcja do ćwiczenia,
− przekładniki prądowe i napięciowe,
− katalogi przekładników.
Ćwiczenie 2
Badanie przekładników prądowych.
1) zapoznać się z zadaniem zawartym w instrukcji,
2) zaproponować układ do wyznaczania przekładni prądowej przekładnika prądowego,
3) połączyć układ pomiarowy,
4) wyznaczyć przekładnię prądową przekładnika,
− katalogi przekładników prądowych,
− przekładniki prądowe,
− kartki papieru,
− kalkulator,
− linijka,
− ołówek.
Ćwiczenie 3
Badanie przekładników napięciowych.
2) zaproponować układ do wyznaczania przekładni napięciowej przekładnika,
3) połączyć układ pomiarowy,
4) wyznaczyć przekładnię napięciową przekładnika,
− katalogi przekładników napięciowych,
− przekładniki napięciowe,
− przyrządy pomiarowe wielkości elektrycznych,
− kalkulator,
− linijka,
− kartki papieru, ołówek.

36
Ćwiczenie 4
Badanie układów przekładników napięciowych.
2) połączyć układ do pomiaru napięć po stronie pierwotnej i wtórnej przekładników
napięciowych pracujących w układzie V,
3) zmierzyć napięcia po stronie pierwotnej i wtórnej przekładnika napięciowego dla trzech
wartości napięć po stronie pierwotnej UN, UN +10%, Un –10%,
− katalogi przekładników napięciowych,
− przekładniki napięciowe,
− kartki papieru,
− kalkulator,
− ołówek.
1) wymienić rodzaje przekładników?
2) wyjaśnić zasadę działania poszczególnych rodzajów przekładników?
3) określić zastosowanie przekładników pomiarowych?
4) zanalizować układy pracy przekładników?
5) połączyć prosty układ automatyki zabezpieczeniowej z zastosowaniem
przekładników?

37
4.4. Zabezpieczenia transformatorów
Transformatory stosowane w elektroenergetyce, ze względu na kluczową rolę w systemie
elektroenergetycznym muszą posiadać szereg zabezpieczeń. Rodzaj zabezpieczeń wynika
z mocy transformatora i rodzaju zakłócenia.
Tabela 11. Rodzaje zabezpieczeń stosowanych do transformatorów [10]
Zakres mocy znamionowych transformatorów w MVA
0,375 ÷ 1 1 ÷ 2 2 ÷ 5 5 ÷ 7,5 7,5 ÷ 10 > 10
Rodzaj zakłócenia Rodzaje zabezpieczeń
Przetężenie wywołane
zwarciami zewnętrznymi
nadprądowe zwłoczne
trójfazowe lub dwufazowe
nadprądowe zwłoczne trójfazowe
a) z blokadą napięciową
b) z blokadą kierunkową
Zwarcia wewnętrzne
w uzwojeniach oraz na
wyprowadzeniach
nadprądowe
bezzwłoczne
nadprądowe
bezzwłoczne
lub różnicowe
nadprądowe wzdłużne
lub kadziowe
Zwarcia doziemne −
nadprądowe
zwłoczne
zerowe lub
nadnapięciowe
zwłoczne
zerowe
gazowo-przepływoweObniżenie poziomu oleju
i uszkodzenia wewnątrz
kadzi 1-calowe 2-calowe 3-calowe
Przeciążenia ruchowe nadprądowe zwłoczne jednofazowe
Nadmierny wzrost
temperatury
termometr ze wskaźnikiem maksymalnej
temperatury
ze zdalną
sygnalizacją
maksymalnej
temperatury
Zabezpieczenia transformatorów od przetężeń wywołanych zwarciami zewnętrznymi
Zabezpieczenia od przetężeń wywołanych zwarciami zewnętrznymi w transformatorach
stosuje się nadprądowe zwłoczne wyposażone w blokady: napięciową lub kierunkową.
Zabezpieczenie transformatora zasilane jest z przekładników prądowych zainstalowanych
od strony źródła zasilającego.
Rys. 23. Schemat wyjaśniający zasadę współpracy zabezpieczeń nadprądowych
zwłocznych transformatora i linii [10]

38
Zabezpieczenie to powinno działać w przypadkach zwarć powstałych na szynach
zbiorczych (rys.23) oraz powinno stanowić rezerwę zabezpieczeń linii odbiorczych.
Zabezpieczenie transformatora zasila się z przekładników prądowych zainstalowanych od
strony źródła zasilającego lub też w przypadku zasilania dwustronnego – od strony
charakteryzującej się większą mocą zwarciową.
Rys. 24. Schemat zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego transformatora [10]
Na rys. 24 przedstawiony jest schemat zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego
transformatora zasilanego z sieci o uziemionym punkcie neutralnym. Prąd rozruchowy
zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego dobiera się tak, aby zabezpieczenie to nie działało
pod wpływem prądów przeciążeniowych, spowodowanych np. wyłączeniem równolegle
pracującego transformatora lub samorozruchem silników.
Warunek ten określany jest wzorem:
maxI
Kk
kk
I
ip
sb
r ⋅
⋅
⋅
≥ (8)
gdzie: Imax – prąd największego obciążenia transformatora,
Ki – przekładnia przekładników prądowych,
kb – współczynnik bezpieczeństwa wynoszący 1,15 ÷ 1,25;
kp – współczynnik powrotu równy 0,85;
ks – współczynnik „schematowy” – stosunek prądu płynącego przez przekaźnik do
prądu płynącego przez przekładnik.
Czułość zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego oblicza się ze wzoru:
ic
zs
r
Kk
kk
I
⋅
⋅
≤ min
(9)
Układy zabezpieczeń wykorzystujące niepełną gwiazdę przekładników prądowych
przedstawione na rys. 25 mają mniejszą czułość przy zwarciach za transformatorem o grupie
połączeń Dy.

39
a) obwody prądowe b) obwody sterowania
Rys. 25. Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne dwufazowe [10]
Czas działania zabezpieczenia tA zwykle dobiera się jak najkrótszy. Ze względu jednak na
uzyskanie wybiorczego działania zabezpieczeń, czas ten jest dłuższy od zwłoki czasowej
zabezpieczeń tB w elementach odbiorczych o czas stopniowania Δt:
tA = tB + Δt (10)
Dla transformatorów podwyższających po wprowadzeniu do zabezpieczenia blokady
napięciowej wykonanej za pomocą przekaźników podnapięciowych, poprawie ulega czułość
zabezpieczenia i zabezpieczenie takie najczęściej odróżnia zwarcia od przeciążenia, ponieważ
przy zwarciu występuje zwykle znaczne obniżenie się napięcia, a przy przeciążeniu bardzo
małe. Przekaźniki podnapięciowe zasila się zwykle napięciem fazowym za pomocą
przekładników przyłączonych po stronie zasilania transformatora (rys. 26). Wskutek tego
uzyskuje się działanie zabezpieczenia przy załączeniu uszkodzonego transformatora na
napięcie oraz mniejszy koszt przekładników (niższe napięcie robocze). Takie połączenie
zapewnia też prawidłową ocenę zwarć po stronie wtórnej transformatora.
Rys. 26. Miejsce i sposób podłączenia przekaźników podnapięciowych RU [10]
Dla poprawienia czułości zabezpieczenia i lepszego odstrojenia się od prądów
przeciążenia, wprowadza się blokadę napięciową wykonaną za pomocą przekaźników
podnapięciowych (rys. 27). Zabezpieczenie odróżnia zwarcie od przeciążenia.

40
Rys. 27. Schemat sterowania zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego z blokadą
napięciową [10]
OW1, OW2 – otwarcie wyłączników,
szppU – sygnalizacja zadziałania przekaźników podnapięciowych.
Wartości rozruchowe przekaźników podnapięciowych i nadprądowych wyznacza się
z następujących zależności:
upb
r
Kkk
U
U
⋅⋅
≤ min
(11)
Ur ≥ kc⋅Uz (12)
n
ip
sb
r I
Kk
kk
I ⋅
⋅
⋅
≥ (13)
gdzie: Umin – najmniejsze napięcie ruchowe (0,9 ÷ 0,95)⋅Un,
Uz – największa wartość napięcia zwarcia,
kp – współczynnik powrotu (1,2),
kb – współczynnik bezpieczeństwa (1,1),
kc – współczynnik czułości (1,3 ÷ 1,4),
Ku – przekładnia napięciowa przekładników napięciowych,
Ki – przekładnia prądowa przekładników prądowych,
In – prąd znamionowy transformatora.
Małe transformatory, instalowane poza energetyką zawodową są zabezpieczone za
pomocą bezpieczników wysokiego napięcia. Bezpieczniki należy stosować wszędzie tam,
gdzie nie ma potrzeby instalowania wyłączników, czyli tam gdzie nie zachodzi potrzeba
wykonywania częstych manipulacji ruchowych, lub samoczynnego przełączania. Jeżeli
wytwórnia transformatorów nie podaje prądu znamionowego bezpieczników wysokiego
napięcia, można posłużyć się wskazówkami ich doboru podanymi w tabeli 12a i 12b.
Tabela 12a. Zasady doboru bezpieczników do transformatorów [10]
Prąd znamionowy transformatora
INt
Prąd znamionowy bezpiecznika
INb
A A
≤ 6
8 ÷ 25
25 <
3
2
(l,5 ÷ l,6)⋅INt

41
Tabela 12b. Zasady doboru bezpieczników do transformatorów [10]
Prąd znamionowy
transformatorów
Prąd znamionowy
bezpieczników
Moc (w kV⋅A) transfonmatora przy napięciu
A A 3 kV 6 kV 15 kV
1,5 ÷ 2
4,5 ÷ 6
9,5
15
19
38
60
5
10
15
10 ÷ 30
30
60
100
–
30
50
75
100
200
315
20
50
100
160
200
400
630
50
126
250
400
500
–
–
Zabezpieczenie transformatorów od zwarć wewnętrznych i zwarć na wyprowadzeniach
Rodzaje stosowanych zabezpieczeń od zwarć wewnętrznych:
– zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne,
– zabezpieczenie różnicowe,
– zabezpieczenie od zwarć z kadzią.
Konieczność stosowania zabezpieczenia nadprądowego bezzwłocznego wynika z dużej
różnicy między prądami mierzonymi po stronie zasilania transformatora w przypadku zwarcia
przed i za transformatorem (rys. 28), co pozwala na uzyskanie wybiorczego działania tego
zabezpieczenia.
Rys. 28. Zmiana wartości prądu zwarcia w przypadku różnych miejsc zwarcia
w transformatorze [10]:
αZT – zakres zabezpieczenia nadprądowego.
Rys. 29. Miejsce instalowania zabezpieczenia nadprądowego bezzwłocznego
transformatora [10]
Prąd rozruchowy zabezpieczenia nadprądowego bezzwłocznego wyznacza się
z zależności:
maxz
i
sb
r I
K
kk
I ⋅
⋅
≥ (14)

42
gdzie: Iz max — największy prąd zwarciowy przy zwarciu w punkcie K2,
kb — współczynnik bezpieczeństwa (1,3 ÷ 1,6),
ks — współczynnik schematowi,
Ki — przekładnia przekładników prądowych.
Wyznaczony prąd rozruchu zapewnia prawidłowe działanie zabezpieczenia.
Zasadniczym zabezpieczeniem od zwarć wewnętrznych i na wyprowadzeniach
transformatorów większych mocy jest zabezpieczenie różnicowe wzdłużne (rys. 30).
Rys. 30. Schemat ideowy zabezpieczenia różnicowego transformatora [10]
Dużym problemem w zabezpieczeniu tym jest taki dobór przekładni przekładników
prądowych, aby przy obciążeniu transformatora prądy wtórne płynące do przekaźnika były
sobie równe. W przypadku, gdy różnica prądów po stronie wtórnej przekładników, przy
znamionowym obciążeniu, jest większa niż 5% to należy dodatkowo stosować transformatory
wyrównawcze.
INNE ZABEZPIECZENIA
Zabezpieczenia transformatorów od zwarć doziemnych
W sieciach wysokich napięć z uziemionym punkcie neutralnym, część transformatorów
pracuje z punktem gwiazdowym izolowanym od ziemi (ma to na celu ograniczenie prądów
ziemnozwarciowych). W celu zabezpieczenia tych transformatorów od przepięć
występujących w czasie zwarć doziemnych zaopatruje się je w zabezpieczenie reagujące na
składową zerową napięcia.
Zabezpieczenie transformatora od uszkodzeń wewnątrz kadzi i przy obniżeniu poziomu
oleju
Najczulszym zabezpieczeniem przed tego typu uszkodzeniami jest zabezpieczenie
gazowo-przepływowe, szybko działające na sygnalizację akustyczną lub wyłączenie
transformatora – zależnie od rozmiarów uszkodzenia.
Zabezpieczenia transformatorów od przeciążeń ruchowych
Najczęściej stosowanym zabezpieczeniem transformatorów od przeciążeń jest zabezpie-
czenie nadprądowe zwłoczne. Wobec tego, że przeciążenia mają przeważnie charakter syme-
tryczny, wystarcza zabezpieczenie jednej fazy. Przekaźnik takiego zabezpieczenia zasilany
jest z przekładnika prądowego wspólnego dla zabezpieczeń nadprądowych zwłocznych od
zwarć zewnętrznych.
Zabezpieczenia bloków generator-transformator
Zabezpieczenia generatorów i transformatorów sprzężonych w blok realizuje się
analogicznie, jak w przypadku ich pracy indywidualnej. Połączenie w jeden blok obu
urządzeń pozwala stosować zabezpieczenia jako wspólne. Dotyczy to zwłaszcza zabezpieczeń
nadprądowych zwłocznych od zwarć i przeciążeń i zabezpieczeń różnicowych wzdłużnych
i ziemnozwarciowych.

43
1. Jakie rodzaje zakłóceń występują w transformatorach?
2. Jakie są metody zapobiegania i likwidowania zakłóceń w transformatorach i czym się
charakteryzują?
3. Jaki rodzaj zabezpieczeń stosuje się w transformatorach od zwarć wewnętrznych?
4. Od jakich elementów zależy czułość zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego
transformatora?
5. W jaki sposób zabezpiecza się małe transformatory?
6. Jaka jest zasada działania zabezpieczenia różnicowego?
4.4.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Dobierz zabezpieczenie dla transformatora małej mocy.
1) zapoznać się parametrami transformatora,
2) wymienić możliwe zakłócenia w nim występujące,
3) dobrać prąd znamionowy bezpiecznika,
− katalogi transformatorów małej mocy,
− katalogi bezpieczników,
− kartki papieru,
− kalkulator,
− ołówek.
Ćwiczenie 2
Zbadaj zabezpieczenie różnicowe transformatora.
1) zapoznać się z instrukcją ćwiczenia,
2) zapoznać się z parametrami jednofazowego transformatora zastosowanego w ćwiczeniu,
3) wymienić możliwe zakłócenia występujące w pracy transformatora zasilającego
odbiorniki,
4) zmontować według schematu zamieszczonego w instrukcji układ symulujący pracę
transformatora energetycznego,
5) zasymulować różne stany zakłócenia w pracy transformatora wprowadzając dodatkowe
obciążenie w miejsca A, B i C pokazane na poniższym schemacie:

44
6) określić rodzaj zakłócenia po wprowadzeniu dodatkowego obciążenia w miejsca A, B
i C,
7) dokonać analizy zachowania się układu zabezpieczenia różnicowego dla różnych
zakłóceń,
− transformator jednofazowy,
− przekaźnik różnicowy,
− rezystory do obciążenia transformatora,
− rezystory do symulacji zakłóceń,
− katalogi transformatorów małej mocy,
− katalogi przekaźników różnicowych,
− mierniki wartości elektrycznych,
− kartki papieru,
− kalkulator,
− ołówek
1) scharakteryzować zakłócenia występujące w transformatorach?
2) scharakteryzować właściwości układów zabezpieczeń?
3) zaproponować metody likwidowania zakłóceń występujących
w transformatorach?
4) dobrać parametry podstawowych urządzeń zabezpieczających
transformator przed najczęściej występującymi zakłóceniami?

45
4.5. Zabezpieczenia linii
Rodzaje zabezpieczeń
Rodzaj zakłóceń w liniach i rodzaje stosowanych w nich zabezpieczeń, zestawione są
w tab. 13 i 14.
Tabela 13. Zabezpieczenia linii kablowych i napowietrznych o napięciu 1 ÷ 60 kV w sieciach o małym prądzie
zwarcia doziemnego [8]
Rodzaj linii
Jednostronnie
zasilane
promieniowe
Z jednym źródłem
zasilania
pierścieniowe
Sprzęgające szyny
zbiorcze elektrowni
lub wielostronnie
zasilane
Zabezpieczenie od
Rodzaje zabezpieczeń
dwufazowe nadprądowe zwłoczne
z ewentualną blokadą kierunkową
zwarć wielofazowych
oraz dwufazowe nadprądowe bezzwłoczne
lub różnicowe lub odległościowe
zwarć jednofazowych
doziemnych
prądowe lub kierunkowe zasilane składową kolejności zerowej
Tabela 14. Zabezpieczenia linii napowietrznych o napięcia 110 ÷ 220 kV w sieciach o dużym prądzie zwarcia
doziemnego [8]
Rodzaj linii
Linie
pojedyncze,
promieniowe
Pierścieniowe
z jednym
punktem
zasilania
Linie w
złożonym
układzie lub
łączące dwa
układy
energetyczne
Jednotorowe
krótkie
(do 10 km)
Dwutorowe
jednostronnie
zasilane
Zabezpieczenie
od
rodzaj zabezpieczeń
zwarć między
fazami
trójfazowe
nadprądowe
kierunkowe lub
niekierunkowe
lub
odległościowe
zwarć
doziemnych
trójfazowe
nadprądowe
zwłoczne
lub
bezzwłoczne
oraz
zabezpieczenie
nadprądowe
zwłoczne
nadprądowe
kierunkowe lub
niekierunkowe
zasilane z filtru
składowej
zerowej
zabezpieczenie
odległościowe
lub
zabezpieczenie
z łączem w.cz.
różnicowe
wzdłużne
odległościowe
lub
zabezpieczenie
z łączem w.cz.
Działanie zabezpieczeń skierowane jest na otwarcie wyłącznika linii, a w przypadku
jednofazowych zwarć doziemnych w sieciach średnich napięć uruchamiają one sygnalizację.
Miejsce instalowania zabezpieczeń:
początek linii od strony zasilania – w liniach jednostronnie zasilanych,
oba końce linii w:

46
- liniach o dwustronnym zasilaniu,
- liniach pierścieniowych.
Zabezpieczenia linii od zwarć międzyfazowych
Rodzaje zabezpieczeń od zwarć międzyfazowych stosowanych w liniach:
nadprądowe zwłoczne,
nadprądowe bezzwłoczne,
nadprądowe zwłoczne z blokadą kierunkową,
odległościowe,
porównawcze.
Zabezpieczenia nadprądowe zwłoczne
Zabezpieczenie to stosowane jest najczęściej w liniach promieniowych jednostronnie
zasilanych.
W skład zabezpieczenia wchodzą dwa lub trzy przekaźniki nadprądowe. Współpracują
one z przekaźnikiem zwłocznym (rys. 31). W sieciach średnich napięć (1 ÷ 60 kV) stosuje się
rozwiązania dwufazowe (instalowane zawsze w fazach A i C) a w pozostałych trójfazowe.
Rys. 31. Schemat zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego linii [10]
Dobór prądu rozruchowego zabezpieczenia:
ip
srb
r
Kk
Ikkk
I
⋅
⋅⋅⋅
≥ max
(15)
gdzie: Imax – prąd największego obciążenia po stronie pierwotnej,
Ki – przekładnia przekładników prądowych,
kb – współczynnik bezpieczeństwa (1,2),
kr – współczynnik samorozruchu silników (3 ÷ 4),
ks – współczynnik schematowi,
kp – współczynnik powrotu równy 0,85.
Zabezpieczenia nie mogą reagować na prądy obciążeniowe niepodlegające wyłączeniu,
spowodowane np. samorozruchem silników, co należy uwzględnić przy doborze prądu
rozruchu.
Po doborze prądu rozruchowego należy sprawdzić wymaganą czułość zabezpieczenia
nadprądowego zwłocznego:
ri
zs
c
I
Ik
k
⋅
⋅
≤
ϑ
min
(16)

47
gdzie: Iż max – najmniejsza wartość prądu zwłocznego linii zwarciowego przy zwarciu
metalicznym na końcu zabezpieczanej strefy.
Wartość współczynnika czułości powinna wynosić:
1,5 – dla zabezpieczeń podstawowych,
1,1 ÷ 1,2 – dla zabezpieczenia rezerwowego.
Zwłokę czasową zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego linii dobiera się
uwzględniając stopniowanie czasów tak, aby zwłoka ta była większa o czas stopniowania Δt
od największego czasu odcinka sąsiedniego zasilanego tą linią.
Rys. 32. Zasada stopniowania czasów zabezpieczeń nadprądowych zwłocznych [10]
Zasadę stopniowania czasów podano na rys. 32.
Przyjmuje się zwykle Δt = 0,3 ÷ 0,7. Na wartość tę składają się:
tw – czas własny wyłącznika, zainstalowanego w sąsiednim dalszym od źródła punkcie
wynoszący zwykle 0,05 ÷ 0,3 s,
t1(+) – największy możliwy dodatni uchyb czasu działania zabezpieczenia 0,05 ÷ 0,1 s,
t1(–) – największy możliwy uchyb ujemny czasu działania zabezpieczenia 0,05 ÷ 0,1 s,
tb – uchyb bezwładnościowy 0 ÷ 0,1 s,
tr – czas rezerwowy 0,15 ÷ 0,2 s.
Do obliczeń przyjmuje się zwykle Δt = 0,5 s.
Przykładowe czasy gwarantujące prawidłową pracę zabezpieczenia dla powyższego
schematu mogą np. wynosić: t1 = 0,5 s, t2 = 1,0 s, t3 = 1,5 s, t4 = 2,0 s, t5 = 2,5 s.
Zalety zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego:
– niezawodność działania,
– reagowanie na wszelkie rodzaje zwarć.
Wady tego typu zabezpieczenia:
– niezbyt duża czułość ograniczona koniecznością nastawiania prądów rozruchowych
większych od możliwych prądów obciążenia,
– zwiększające się czasy działania zabezpieczeń instalowanych bliżej źródła energii
elektrycznej.
Zabezpieczenia nadprądowe bezzwłoczne
Zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne jest uzupełnieniem zabezpieczenia
nadprądowego zwłocznego i stosuje się je zwykle w powiązaniu z nim, ograniczając czas
trwania zwarcia w linii.

48
W skład układu zabezpieczeniowego wchodzą dwa przekaźniki nadprądowe (sieci
średnich napięć) instalowane są zawsze w fazach A i C lub trzy przekaźniki (sieci
z uziemionym punktem neutralnym).
Rys. 33. Schemat zabezpieczenia nadprądowego zwarciowego [10]
Rys. 34. Zasada wyznaczania strefy działania zabezpieczenia nadprądowego bezzwłocznego [10]
Prąd rozruchowy zabezpieczenia dobiera się w zależności od wartości prądu zwarcia tak,
aby zabezpieczenie działało jedynie w przypadku zwarć na linii, a nie na elementach
odbiorczych (rys. 34).
i
z
br
K
I
kI max
= (17)
gdzie: Ix max – największy prąd zwarciowy zwarcia 3-fazowego metalicznego na końcu
odcinka zabezpieczonej linii promieniowej,
kb – współczynnik bezpieczeństwa (1,2 ÷ 1,6),
Ki – przekładnia przekładników prądowych.
Czas działania zabezpieczenia nadprądowego bezzwłocznego zwykle nie przekracza
0,04 ÷ 0,08 s. Na czas ten składają się czasy działania przekaźnika nadprądowego
zwarciowego i przekaźnika pośredniczącego. Bezzwłoczne działanie zabezpieczenia
zwarciowego ogranicza też skutki zaniku napięcia na szynach zbiorczych rozdzielni.
Stosowanie łącznie zabezpieczenia nadprądowego zwarciowego i zabezpieczenia
nadprądowego zwłocznego powoduje skrócenie czasu trwania zwarć, upodabniając
charakterystykę działania tych zabezpieczeń do charakterystyki działania zabezpieczeń
odległościowych.
Zabezpieczenia nadprądowe z blokadą kierunkową
Blokada kierunkowa stanowi uzupełnienie zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego.
Polega ona na uniemożliwieniu podania impulsu do otwarcia wyłącznika linii w wyniku
otwarcia zestyku przekaźnika kierunkowego (rys. 35) w przypadku zwarć poza

49
zabezpieczanym odcinkiem linii. Stosowana jest w sieciach dwustronnie zasilanych i torach
równoległych.
Rys. 35. Schemat elektryczny zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego z blokadą kierunkową [10]
W skład zabezpieczenia wchodzą:
– dwa przekaźniki nadprądowe instalowane w fazach A i C,
– przekaźnik zwłoczny,
– przełączalny przekaźnik kierunkowy, który umożliwia pobudzanie przekaźnika
zwłocznego i podanie impulsu na otwarcie wyłącznika tylko w przypadku, gdy energia
płynie w kierunku od szyn (rys. 36). Przekaźniki te wymagają prawidłowego przyłączenia
do przekładników prądowych i napięciowych bez konieczności nastawiania ich.
a) b)
Rys. 36. Stan zestyku przekaźnika kierunkowego przy różnych miejscach zwarciach [10]
a) zwarcie na zabezpieczonej linii – energia płynie od szyn – zestyk
przekaźnika kierunkowego jest zamknięty,
b) zwarcie poza zabezpieczaną linią – energia płynie do szyn – zestyk
przekaźnika kierunkowego jest otwarty.
W zależności od doboru przekaźników uzyskuje się różny charakter zabezpieczeń:
– minimalna strefa martwa (strefa nie działania) – przekaźniki o jak najmniejszej mocy
rozruchowej,
– strefa martwa tylko przy zwarciach symetrycznych – przekaźniki o odpowiednim kącie
schematowym,
– działają przy podwójnych zwarciach do ziemi (np. w liniach pierścieniowych)
– przekaźniki o układzie przełączającym.
Zabezpieczenia odległościowe
W przypadku, gdy zabezpieczenia linii nie zapewniają wymaganej wybiórczości, czułości
lub szybkości działania, stosuje się zabezpieczenia odległościowe. Zabezpieczenie
odległościowe jest równocześnie zabezpieczeniem od zwarć wielofazowych i doziemnych.
Zabezpieczenia odległościowe instalowane są po obu stronach linii (rys. 37).

50
Rys. 37. Miejsce instalowania zabezpieczenia odległościowego [10]
Zabezpieczenie to składa się z:
– jednego przekaźnika odległościowego,
– trzech przekładników prądowych,
– trzech przekładników napięciowych.
Ze względu na to, że przekaźniki odległościowe składają się z wielu członów
współpracujących ze sobą, konieczne jest nastawienie różnych wielkości na wielu zakresach
tych przekaźników.
W zależności od napięcia zabezpieczanej sieci – człon rozruchowy może mieć różne
wykonania:
– nadprądowe, w sieciach średnich napięć (dwufazowy),
– podimpedancyjne w sieciach wyższych napięć (trójfazowy).
Nastawienie członu rozruchowego podimpedancyjnego dokonuje się według zależności:
max2
min
Ikk
U
Z
pb
r
r
⋅⋅
≤ (18)
gdzie: Zr – impedancja rozruchowa przekaźnika,
Umin r – najmniejsze napięcie ruchowe, na zaciskach przekaźnika,
kb – współczynnik bezpieczeństwa,
kp – współczynnik powrotu,
I2 max – największy prąd obciążenia roboczego po stronie wtórnej przekładnika.
lub:
)(2
850
max
min
zob
f
r
II
U,
Z
Δ+
⋅
= (19)
gdzie: Uf min – minimalne robocze napięcie fazowe,
Iob max – największy prąd obciążenia,
Iz – prąd wyrównawczy płynący w przewodach faz nie zwartych w czasie zwarć
doziemnych.
Wszystkie wielkości w powyższym wzorze określone są dla wtórnej strony
przekładników.
Rys. 38. Zasady nastawiania charakterystyk przekaźników odległościowych [10]

51
Przy obliczeniach długości strefy II i III przekaźnika należy uwzględniać istniejące
rozpływy prądów zwarcia, wprowadzając w zależności od potrzeby tzw. współczynnik
rozgałęzieniowy:
A
BA
r
I
II
k
+
= (20)
Prądy IA i IB przedstawione są na rys. 39.
Rys. 39. Schemat sieci z rozpływami prądu zwarcia [10]
Czasy działania poszczególnych stref dobiera się w zależności od istniejących czasów
sąsiednich zabezpieczeń. Czasy te najczęściej mają wartości:
tI – poniżej 0,1 s, tII – ok. 1 s, tIII – ok. 2,5 s, tgraniczne – ok. 5 s.
Zabezpieczenia porównawcze
Rodzaje zabezpieczeń porównawczych (porównują dwa prądy linii elektroenergetycznej):
prądowe:
– wzdłużne – porównują ze sobą dwa prądy płynące na dwu końcach zabezpieczanego
odcinka linii. Układ zabezpieczeniowy instalowany jest po obu stronach linii. Składa
się z przekładników prądowych, przekaźnika różnicowego oraz przewodów, łączących
oba komplety zabezpieczeń. Działanie zabezpieczenia jest bezzwłoczne. Nastawienie
zabezpieczenia zależy od jego rozwiązania konstrukcyjnego.
– poprzeczne – instalowane w linii dwutorowej porównują ze sobą dwa prądy płynące
w każdym z zabezpieczonych torów. Zabezpieczenia różnicowe poprzeczne
instalowane są na obu końcach linii dwutorowych. Wadą tego zabezpieczenia jest
występowanie strefy zadziałań kaskadowych, powodujących wydłużanie czasu
działania.
– fazowe – porównują ze sobą kierunki wartości chwilowych prądów na obu końcach
linii. Charakteryzują się dobrą wybiórczością, krótkim czasem działania niezależnym
od miejsca zwarcia na zabezpieczanym odcinku linii, znaczną czułością,
niewrażliwością na przeciążenia i kołysania sieciowe.
kierunkowe – porównują ze sobą kierunki mocy zwarciowych w dwóch końcach linii.
Zabezpieczenia porównawcze kierunkowe wymagają stosowania łącza przekazującego
informację o znaku mocy zwarciowej.
Zabezpieczenia linii od zwarć doziemnych
Do zabezpieczenia linii od zwarć doziemnych najczęściej stosowane są zabezpieczenia
nadprądowe reagujące na składową zerową prądu zwarcia doziemnego lub zabezpieczenia
kierunkowe reagujące na kierunek mocy zerowej wyrażonej iloczynem prądu zerowego
i napięcia zerowego.
Zabezpieczenie nadprądowe reagujące na składową zerową prądu
Zabezpieczenie to stosowane jest najczęściej do zabezpieczania linii kablowych i linii
napowietrznych mających wyjścia kablowe w sieciach o izolowanym punkcie neutralnym.

52
Zabezpieczenie to składa się zazwyczaj z przekładnika typu Ferranti, będącego filtrem
składowej zerowej prądu oraz czułego przekaźnika nadprądowego.
Zabezpieczenia kierunkowe reagujące na kierunek mocy zerowej
Zabezpieczenie to stosowane jest w sieciach skompensowanych i niekompensowanych.
Składa się ono zazwyczaj z filtrów składowej zerowej prądu i napięcia oraz przekaźnika
kierunkowego ziemnozwarciowego.
Zabezpieczenia napięciowe
Układ zabezpieczeniowy składa się z filtru składowej zerowej napięcia i przekaźnika
nadnapięciowego.
Podstawową wadą tego zabezpieczenia jest brak wybiórczości, gdyż nie wskazuje linii,
na której wystąpiło doziemienie.
1. Jakie rozróżnia się rodzaje zakłóceń w liniach energetycznych?
2. Jakie są metody zapobiegania i likwidowania zakłóceń w liniach energetycznych i czym
się charakteryzują?
3. Jaka jest zasada działania zabezpieczeń odległościowych linii przesyłowej?
4. Jakie powinny być czasy zadziałania zabezpieczeń dla poszczególnych stref działania
zabezpieczeń odległościowych?
5. Jaka jest zasada działania zabezpieczeń nadprądowych zwłocznych?
6. na czym polega stopniowanie czasów zabezpieczeń nadprądowych zwłocznych?
4.5.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Dobierz zabezpieczenia odległościowe do linii przesyłowej.
2) zapoznać się ze schematem ideowym sieci energetycznej,
3) wymienić możliwe zakłócenia występujące w sieci,
4) zaproponować właściwy układ zabezpieczenia odległościowego dla modelu linii
przesyłowej,
5) dobrać aparaturę zabezpieczającą,
6) zmontować układ zabezpieczający,
7) wykonać symulację zwarć w różnych strefach sieci,
8) dokonać analizy wykonanej pracy
− dokumentacja badanej sieci,

53
− model sieci energetycznej,
− zestaw przekaźników koniecznych do wykonania ćwiczenia,
− katalogi i poradniki urządzeń zabezpieczających,
− kalkulator,
− ołówek, liniał, inne przybory kreślarskie.
Ćwiczenie 2
Dobierz zabezpieczenia nadprądowe zwłoczne do linii przesyłowej.
2) zapoznać się ze schematem ideowym sieci energetycznej,
3) wymienić możliwe zakłócenia występujące w sieci,
4) zaproponować właściwy układ zabezpieczenia nadprądowego zwłocznego dla linii
przesyłowej,
5) dobrać aparaturę zabezpieczającą,
6) zmontować układ zabezpieczający,
7) wykonać symulację zwarć w różnych strefach sieci,
8) dokonać analizy wykonanej pracy
− dokumentacja badanej sieci,
− model sieci energetycznej,
− zestaw przekaźników koniecznych do wykonania ćwiczenia,
− katalogi i poradniki urządzeń zabezpieczających,
− kalkulator,
− ołówek, liniał, inne przybory kreślarskie.
1) scharakteryzować zakłócenia występujące w liniach przesyłowych?
2) zaproponować metody likwidowania zakłóceń występujących w liniach
przesyłowych?
3) dobierać parametry podstawowych urządzeń zabezpieczających linię
przed najczęściej występującymi zakłóceniami?

54
4.6. Zabezpieczenia silników
Rodzaje stosowanych zabezpieczeń
Tabela 15. Rodzaje zabezpieczeń stosowanych do silników o napięciu do 1000 V [10]
Rodzaj zakłócenia Rodzaje zabezpieczenia
Zwarcia wewnętrzne
nadprądowe bezwłoczne 3-fazowe lub
bezpieczniki topikowe w trzech fazach
Nadmierne obniżenie napięcia
podnapięciowe zwłoczne jednofazowe lub
dwufazowe
Przeciążenie
nadprądowe zwłoczne termiczne lub czujniki
temperatury
Nadmierny wzrost prędkości obrotowej
(dotyczy silników prądu stałego)
mechaniczne odśrodkowe reagujące na prędkość
obrotową
Tabela 16. Rodzaje zabezpieczeń stosowanych do silników prądu przemiennego o napięciu powyżej 1000 V [8]
Zakres mocy znamionowych silników [kW]
PN >2000
PN ≤ 1000 1000 < PN ≤ 2000
silniki
o wyprowadzonych
3 końcach uzwojeń
silniki
o wyprowadzonych
6 końcach uzwojeń
Rodzaj zakłóceń
rodzaje zabezpieczeń
Bezpieczniki w 3 fazach w połączeniu z rozłącznikami
Zwarcia
wewnętrzne
międzyfazowe
lub
zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne dwufazowe
za pomocą jednego lub dwu przekaźników
lub
zabezpieczenie
różnicowe
wzdłużne
Zwarcie
wewnętrzne
doziemne
–
Zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne zasilane
z przekładnika składowej zerowej prądu (przekładnika
Ferrantiego)
Nadmierne
obniżenie się
napięcia
Zabezpieczenie podnapięciowe zwłoczne jednofazowe lub dwufazowe
Przeciążenie
Zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne jednofazowe lub zabezpieczenie
termiczne
Wypadnięcie
z synchronizmu
(dotyczy silników
synchronicznych)
Zabezpieczenie nadprądowe reagujące na pulsację prądu w stojanie
lub
zabezpieczenie nadprądowe zwłoczne reagujące na prąd przemienny
w obwodzie wzbudzenia
Zabezpieczenia powinny powodować wyłączenie silnika lub uruchomienie sygnalizacji
ostrzegawczej.

55
Zabezpieczenia od zwarć wewnętrznych międzyfazowych
Podstawowym zabezpieczeniem transformatora od zwarć wewnętrznych
międzyfazowych i jednofazowych jest zabezpieczenie nadprądowe bezzwłoczne.
Najprostszym rozwiązaniem są:
– bezpieczniki topikowe stosowane do silników niskiego napięcia,
– bezpieczniki topikowe z rozłącznikami stosowane do silników wysokiego napięcia.
a) b)
Rys. 40. Zabezpieczenia od zwarć międzyfazowych za pomocą bezpieczników [10]
Prąd znamionowy wkładki topikowej powinien być możliwie mały, ale jednocześnie tak
dobrany, aby bezpiecznik nie działał w czasie rozruchu silnika.
Prąd znamionowy wkładki topikowej przeznaczonej dla silnika indukcyjnego dobiera się wg
zależności:
α
rs
b
I
I ≥ (21)
gdzie: Irs – największa wartość składowej okresowej prądu rozruchowego silnika (tabl. 17),
α – współczynnik zależny od rodzaju wkładki, częstości i rodzaju rozruchu silnika
(tabl. 18).
Tabela 17. Wartości prądów rozruchowych silników asynchronicznych [10]
Silnik indukcyjny
Wartości prądu rozruchowego
Irs/IN
Pierścieniowy 1,7 ÷ 2
Jednoklatkowy:
- szybkobieżny, 5,5 ÷ 7 ,5
- wolnobieżny. 4 ÷ 5
Jednoklatkowy załączany za pomocą przełącznika
gwiazda/trójkąt
- szybkobieżny, 1,8 – 2,5
- wolnobieżny. 1,3 – 1,7
Dwuklatkowy lub głębokożłobkowy:
- szybkobieżny, 3,5 – 4,5
- wolnobieżny. 2,8 – 3,5

56
Tabela 18. Wartości współczynnika α dla silników asynchronicznych [10]
Kilka rozruchów na dobę
Więcej niż kilka rozruchów
na dobę
wkładka o działaniuRodzaje rozruchu
szybkim opóźnionym szybkim opóźnionym
lekki Mh = (0 ÷ 0,3) MN
średni Mh = (0,3 ÷ 0,6) MN
ciężki Mh = (0,6 ÷ 1,0) MN
2,5
2,0
1,6
3,0
2,5
1,6
2,0
1,8
1,5
2,5
2,0
1,5
MN – moment znamionowy silnika,
Mh – moment hamujący urządzenia napędzanego.
Ochrona przy pomocy bezpieczników to ochrona silnika i łącznika (stycznika), którego
moc wyłączalna może być mniejsza od mocy zwarciowej w miejscu jego zainstalowania.
Poza ochroną przy pomocy bezpieczników jako zabezpieczenia od zwarć międzfazowych
stosuje się wyzwalacze elektromagnetyczne pierwotne lub przekaźniki wtórne,
współpracujące z odpowiednimi wyłącznikami.
Rys. 41. Zabezpieczenie od zwarć międzyfazowych przy pomocą
wyzwalaczy elektromagnetycznych pierwotnych [10]
Rys. 42. Schemat dwufazowego zabezpieczenia od zwarć międzyfazowych
z jednym przekaźnikiem nadprądowym [10]

57
Rys. 43. Schemat zabezpieczenia od zwarć międzyfazowych wykonanego za pomocą
dwóch przekładników i dwóch przekaźników [10]
a) obwody prądu przemiennego, b) obwody napięcia pomocniczego.
Układy z dwoma przekaźnikami nie zapewniają wymaganej czułości przy zwarciach
dwufazowych np. przy dużych silnikach
Dobór prądu rozruchu przekaźnika:
i
rs
sbr
K
I
kkI ⋅≥ (22)
ic
z
sr
Kk
I
kI
⋅
≤ min"
(23)
gdzie: kb – współczynnik bezpieczeństwa (1,4 ÷ 2),
ks – współczynnik schematowy (1 lub 3 w przypadku układu krzyżowego),
ϑ i – przekładnia przekładników prądowych,
Iz min – najmniejszy prąd zwarcia dwufazowego na zaciskach silnika,
"
sk – współczynnik schematowy (przyjmuje się wartość najmniejszą),
kc – współczynnik czułości (przyjmuje się równy 2).
Ze względu na małą czułość i zasięg zabezpieczenia nadprądowego przy dużych
silnikach stosuje się zabezpieczenie różnicowe dwufazowe.
Posiada ono następujące cechy:
– wzrost prądu przy rozruchu i samorozruchu silnika nie ma wpływu na pracę
zabezpieczenia,
– nie reaguje na udary prądu przy zwarciach poza silnikiem.
Przy doborze zabezpieczenia należy przyjąć prąd rozruchowy poniżej 0,5 IN silnika.
Rys. 44. Zabezpieczenie różnicowe stosowane przy dużych silnikach [10]
Zabezpieczenia od zwarć doziemnych
Ten typ zabezpieczenia stosuje się, gdy prąd zwarcia doziemnego sieci ze względu na
swą wielkość może osiągnąć wartości niebezpieczne dla żelaza silnika powodując jego
niszczenie.

Technik.elektryk 311[08] z3.04_u

Technik.elektryk 311[08] z3.04_u

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Technik.elektryk 311[08] z3.04_u

Similar to Technik.elektryk 311[08] z3.04_u (20)

More from Szymon Konkol - Publikacje Cyfrowe

More from Szymon Konkol - Publikacje Cyfrowe (20)

Technik.elektryk 311[08] z3.04_u