#konstruktorelektrykamator #elektryka #energetyka

Jest niedziela, rano, więc czas na kolejne wydane tygodnika z cyklu #zzyciaelektryka

Cóż nas czeka w tym wydaniu?

Awaria na sieci średniego napięcia 15kV.

Zagadka z prądami błądzącymi.

Pomiary elementów do budowy dopalarki do kabli.

No to lecimy z tematami.

Kilka dni temu w pewnym zakładzie, zabrakło zasilania, w całym zakładzie.

Jednocześnie gdy zasilanie zniknęło to pojawiła się inna atrakcja, czyli alarm przeciwpożarowy. A polityka firmy jest taka że przy takim alarmie każdy pracownik ma obowiązek udać się do miejsca zbiórki i odbić swoją kartę zakładową, żeby było wiadomo że wszyscy się ewakuowali. A tych ludzi było parę setek.

Pytanie jaka jest koincydencja tych dwóch wydarzeń?

Po ogarnięciu zamieszania z alarmem, po sprawdzeniu zakładu przez straż pożarną. A tak, tak, pojawili się na miejscu w kilka minut. Można było przywrócić zasilanie.

A że zasilanie zostało wyłączone po stronie średniego napięcia to tam udali się pracownicy. W historii wydarzeń był zapis o zadziałaniu zabezpieczenia ziemnozwarciowego. Sieci dystrybucyjne średniego napięcia są budowane jako IT czyli z izolowanym punktem neutralnym, a w praktyce wygląda to tak że pełnej izolacji nie ma, bo jest dławik bądź rezystor doziemiający ale nie pozwalający na duże prądy zwarciowe do ziemi. Wtedy dużą rolę odgrywa pojemność sieci względem ziemi, czyli tworzy się kondensator sieć-ziemia. I pojemność tego kondensatora jest ogranicznikiem prądów zwarciowych, zazwyczaj są to bardzo małe wartości rzędu kilku lub kilkunastu amperów. W przypadku bardzo rozległych sieci będą to dziesiątki amperów. No i po to jest zabezpieczenie ziemnozwarciowe że jeśli pojawi się taka usterka to zabezpieczenie odetnie uszkodzony fragment sieci. W tym przypadku cały zakład.

A w jaki sposób realizuje się takie zabezpieczenie?

Sieć jest trójfazowa, bez przewodu N, i jeszcze izolowana od ziemi.

Jak brzmi pierwsze prawo Kirchhoffa? Algebraiczna suma prądów w danym węźle równa się zero. Czyli ile prądu wpływa, tyle musi wypłynąć. A jak nazywa się urządzenie które potrafi wykryć że coś jest nie tak? Prawdopodobnie większość z nas ma takie w swojej instalacji domowej. A zwie się RCD, którego sercem jest przekładnik Ferrantiego. Jest to po prostu przekładnik prądowy który swoim protektoratem obejmuje wszystkie żyły prądowe. No i jak będzie sytuacja że suma prądów nie równa się zero bo część popłynęła sobie do ziemi zamiast wrócić innym kablem to wyzwalacz otworzy rozłącznik i przepływ prądu ustanie.

Szybkość reakcji takich zabezpieczeń pokazuje kolaż trzech zdjęć. Wypalona jest dziurka w izolacji zewnętrznej w rozmiarze 5x2mm, a w izolacji roboczej dziura jakieś 5mm średnicy. Czas reakcji liczony w milisekundach. Bo sekunda zwarcia doziemnego to z tej głowicy by tylko popiół został, jak z sapera.

Chociaż wydzieliło się na tyle dużo ciepła i pyłu że czujka ppoż wykryła to jako pożar i aktywowała system, dlatego przyjechała straż pożarna.

A teraz przyczyna dlaczego w ogóle doszło do tego do czego doszło.

Kiedyś pokazywałem jak wygląda budowa kabla XRUHAKXS 1x70/25, jak nie pamiętacie to proszę poszukać na tagu lub w guglu, na szybko jest to żyła robocza, izolacja, żyła powrotna i znów izolacja zewnętrzna.

Jedną z warstw budujących kabel jest warstwa elektroprzewodząca nałożona na warstwę izolacji roboczej. Po co to? Żeby doprowadzić do równomiernego rozkładu pola elektrycznego i zwiększyć wytrzymałość na przebicie, bo w całej izolacji jest jednakowe natężenie w kV/mm. Tyle że w czasie zarabiania głowicy trzeba tej warstwy się pozbyć, służą do tego specjalne temperówki. Nie wiem czym skrobał wcześniejszy wykonawca 15 lat temu ale nie było to zbyt estetyczne. Po oskrobaniu warstwy przewodzącej na jej krawędź nawija się taśmę sterującą, ma w składzie coś co minimalnie przewodzi prąd niwelując lokalną koncentrację pola elektrycznego. Niestaranne wykonanie tego etapu może doprowadzić do tego co na zdjęciu.

Głowice mamy ogarnięte to teraz coś o zagubionych prądach które szukają swojej drogi. Jak naprawiałem głowice to musiałem odkręcić od bednarki zaciski żył powrotnych. Odkręcam jedną, drugą potem trzecią (bo były trzy) ale dzieje się coś dziwnego. Iskrzy. A to bardzo dziwne. Zwłaszcza że kable z drugiej strony są uziemione. To jak do cholery może iskrzyć?

Biorę miernik, pomiar napięcia i ledwie 0,9V. Bida, napięcie bezpieczne. Ale po dotknięciu do PE iskrzy. No to sprawdźmy prąd, zakładam miernik cęgowy i potrafi szarpnąć do 30A. Uuuuu, grubo, 30A, przy ledwie 0,9V to bardzo mała rezystancja musi być.

Powtórzyłem oba pomiary, tym razem z telefonem w ręku, żeby to uwiecznić dla potomnych i dla głodnych wiedzy tutaj. I wiecie co? Jak chciałem wrzucić wczoraj film na YT to przypomniał mi się tekst z #kapitanbomba

- A którym włącza się nagrywanie?

Tak, nie nagrało się. Więc macie tylko stenogram.

No ale jakie jest rozwiązanie zagadki? Trzeba spojrzeć na schemat.

Normalnie zasilanie odbiorów było z Tr1 i z Tr2. Ale jak w Tr2 wywaliło głowice to zasilanie odbiorów z RNN2 0,42kV zostało zrealizowane za pomocą sprzęgła w RNN3 0,42kV. Czyli zasilanie idzie z Tr1 do RNN1 0,42kV, potem do RNN3, wraca do RNN2 i stąd dopiero do odbiorów.

Droga już z opisu wydaje się długa, a jak przewodnik jest długi to jest na nim spadek napięcia.

Prąd płynący między Tr1 a RNN2 wywołuje spadek napięcia na szynie PEN. A prawdopodobnie uziemienie stacji RNN1 i RNN2 nie są metalicznie połączone bednarką. Dopiero gdy są podpięte żyły powrotne kabli średniego napięcia to PE stacji RNN1 jest metalicznie połączone z PE RNN2, a to powoduje zrównoleglenie szyny PEN czyli i przepływ prądu. Dla mnie jest to bardzo nieeleganckie rozwiązanie, a brakuje tylko kilku metrów bednarki żeby wyrównać potencjały.

Jak to kiedyś mówiono, jeśli czegoś nie ma na allegro tzn że to nie istnieje.

Jakiś czas temu przeglądałem oferty używanych części elektrycznych.

Rzuciły mi się w oczy spore gabarytowo dławiki. Jak zacząłem budowę dopalarki do kabli to sobie o nich przypomniałem że mogę ich użyć jako dławiki do układu PFC czyli poprawy współczynnika cosFi przy jednoczesnym podniesieniu napięcia zasilającego przetwornicę. Pieniądze nie duże, przesyłka smart czyli prawie free.

Dotarły do mnie, zmierzyłem indukcyjność, 614uH, ale są połączone równolegle, co po użyciu wzoru na cewki łączone równolegle daje 1,2mH na każdą. Według kalkulatora do PFC jest to całkiem spoko wartość. Tylko trzeba sprawdzić czy rdzeń cewki będzie wstanie przepuścić jakieś 1,5kW nie gotując się. Pierwsze pomiary jakie zrobiłem to rozładowanie kondensatora 6800uF przez 8zw na dławiku, wraz z bocznikiem prądowym 60mV/150A, czyli 2,5A/mV. Czerwony wykres to prąd a żółty to napięcie na drugim uzwojeniu. Jak widać prąd osiąga wartości ok 200A. O wartości napięcia nie ma co pisać, ważny jest kształt tego napięcia, niestety jest to krzywa opadająca. Więc albo cała energia rozproszyła się w rdzeniu, albo była za mała pojemność kondensatora i nie był wstanie utrzymać odpowiedniego zasilania. Ogólnie żółty wykres powinien być w pewnym zakresie poziomy i potem dopiero powinien zacząć opadać, gdy rdzeń się nasyci i straci możliwość magazynowania energii. Dalsze pomiary będą prowadzone. Bo muszę zbudować PFC tak by dawało ok 360-380V przy prądzie 10A. A potem to wszystko muszę przepchać przez przetwornicę.

Tak że w kontakcie, jak będzie się działo coś ciekawego to zapewne dam znać.