Minden ilyen eszköz, de maga a talaj is, vezetőképes közegként alkalmas rá, hogy időlegesen vagy akár állandó jelleggel áram haladjon keresztül rajta. Ez a különféle erősségű, impulzusszerű áram megváltoztathatja a környezet potenciálját, a talajszint alatti fémszerkezeteknél elektrokorróziót okozhat, a különféle gépekben és berendezésekben pedig akár komoly károsodást is előidézhet.
Zárlat és földzárlat keletkezése
A szabadvezetékes villamos hálózatok működésében leggyakrabban a zárlatok okoznak fennakadást. A zárlat a hálózat azon sönthibája, amit a hálózat különböző fázisvezetői, vagy a fázisvezető és a föld, illetve földelt nullavezető közötti szigetelés teljes letörése vagy fémes lesöntölése okoz.
Kialakulásának oka legtöbbször villámcsapás, viharos szél okozta vezetékszakadás, összelengés vagy szigetelő átívelés. Kábeleken a szigetelés megrongálódása, kapcsoló berendezésekben átívelés, átütés, szigetelőtörés, hibás kezelés vagy a nem megfelelő karbantartás miatt jönnek létre zárlatok.
A zárlat hatására bekövetkező feszültségletörés a hálózat jelentős részén érezteti hatását, továbbá veszélyezteti a hálózatra dolgozó erőművek működését is. A hirtelen ugrás az áramerősségben jelentősen igénybe veszi a villamos berendezéseket, mivel az eltérés a működésnél folyó névleges áramhoz képest akár hússzoros is lehet a zárlati áram esetében. A zárlati jelenségek pontos ismerete ezért nélkülözhetetlen a káros hatásokkal szembeni védekezésben.
Hálózati zárlatok esetén beszélhetünk fémes (vagy merev) és íves zárlatról. Egyszerű zárlatnak nevezzük, amikor a zárlat adott időben csak egy helyen lép fel. Egy ilyen zárlat lehet szimmetrikus vagy aszimmetrikus, annak függvényében, hogy egyszerre jelentkezik-e a zárlat mindhárom fázison, vagy ettől eltérő módon.
A földzárlat, azaz a feszültség alatt lévő vezető és a föld rendellenesség miatti záródása, is lehet szimmetrikus vagy aszimmetrikus, aszerint, hogy a egy (Ff), két (2Ff) vagy három (3Ff) fázist érint a zárlat. Földzárlatkor a földben futó áram erősségét alapvetően befolyásolja, hogy a hálózatnak van-e közvetlenül földelt pontja, vagy csak impedancián keresztül kapcsolódik a földhöz, illetve, hogy fennáll-e galvanikus kapcsolat a hálózat és a föld között. A nem mereven földelt hálózatok Ff zárlatát földzárlatnak, a közvetlenül földelt hálózatokon fellépő FN zárlatot földrövidzárlatnak nevezzük.
Földzárlat nagyfeszültségű hálózatokon
Hazánkban a 120 kV feszültséget meghaladó nagyfeszültségű szabadvezetékes hálózatok szolgálnak a belföldi villamosenergia-ellátás fő útvonalaiként. Ezek a hálózatok háromfázisúak, és ha egy oszlopon egyszerre több háromfázisú vezetékrendszer van, akkor ezek egymástól függetlenül működnek.
Az ilyen hálózatok transzformátorainak csillagpontja mereven földelt, vagyis azok kivezetéseit egy csekély szétterjedési ellenállású földelésre, leggyakrabban mély- vagy kútföldelőre vagy földelőhálóra csatlakoztatják.
Normál esetben a nagyfeszültségű hálózatok alacsony erősségű áramot juttatnak a talajba, melynek értéke eltérhet a vezetékek elrendezésének vagy magasságának függvényében. Speciális esetben viszont, tehát például ún. sántaüzem, földzárlat vagy villámcsapás esetén viszont ettől eltérő módon is jelentkezhet fokozott mértékű földáram.
Sántaüzemnek nevezzük azt az állapotot, amikor a nagyfeszültségű vezeték egyik fázisvezetője kikapcsol, ám a hálózatot továbbra is üzemben kell tartani. Ilyenkor a két megmaradt fázisvezető mellett a föld veszi át a kiesett fázisvezető szerepét, és az áram a transzformátorok földelése és a föld között fog folyni. Mivel a nagyfeszültségű hálózatok transzformátorát a lakott területtől távol helyezik el, így sántaüzem alatt ez nem okoz jelentős fennakadást a lakossági hálózat működésében, azonban előfordulhat, hogy a talajba jutó földáram a talajban futó vezetékek és rendszereken keresztül relatíve nagy távolságra is eljut, és így üzemzavart okoz.
Nagyfeszültségű hálózatokon a zárlat ritka jelenség, azonban pl. egy madárbaleset okozhat egyfázisú rövidzárlatot (FN). A mereven földelt csillagpont miatt ilyenkor a fellépő zárlati áram erőssége akár 20-30 kiloamper is lehet. Bár a zárlat ideje mindössze tizedmásodpercben mérhető, mégis nagymennyiségű földáram folyik ilyenkor a talaj irányába, ami akár a föld felett is komoly áramot okozhat.
Az oszlopok magassága és kiemelkedő tereppont jellege miatt villámcsapás viszont gyakran érinti ezeket a hálózatokat. Ilyenkor a földeléseken keresztül áram jut a talajba, ez azonban csak pillanatnyi potenciálemelkedést okoz.
Földzárlatvédelem
Szigetelt csillagpontú hálózatokban a védelem nem képes észlelni az egysarkú földzárlatokat, ilyen esetben csak a földzárlatjelző jelzi a zárlat bekövetkeztét. Földzárlatra utal egyértelműen, ha feszültségrendszer csillagpontjának potenciálja eltolódik.
A földzárlatos vezeték megtalálásához sorban le kell kapcsolni az összes többi vezetéket, azokat is, amelyek hibátlanok. Mivel az egyfázisú földzárlatok eléggé gyakoriak, a szelektív földzárlatvédelem nagyban növeli a működési hatékonyságot.
Sugaras hálózatokon a földzárlatvédelem legegyszerűbb módja a földzárlati áramra vonatkozó túláram-védelem. A földzárlati áram ekkor az áramváltók ún. Holmgreen-kapcsolásával érzékelhető.
Definíció szerint: „Ha a hálózati áram nem tartalmaz zérus sorrendi összetevőt, akkor a három fázis áramának vektorösszege zérus, tehát az áramváltók ilyen kapcsolásában a relén nem folyik áram.”
Ha viszont zérus sorrendű összetevő is van a hálózati áramban, akkor ez az áramváltók kimenetén lép fel és a földzárlatjelzést vagy -védelem ennek következtében lép működésbe. Sugaras hálózaton a szelektivitást a földzárlati áramra működő túláram-védelmek időlépcsős kialakításával lehet biztosítani.
Selec CBCT áramváltók és földzárlatvédelmi relék
A kiegyenlített magos áramváltók (angolul: core balanced current transformers) az áramváltók egy speciális, gyűrűs kialakítású típusa, ami a földzárlatvédelemben alkalmazható, többségében a középfeszültségű hálózatokban. Ezekhez az eszközökhöz társítható egy analóg vagy digitális földzárlat relé, mely érzékeli és jelzi a zárlat esetleges meglétét.
A CBCT áramváltók alkalmazásának előnye, hogy nem szükséges külön áramváltót használni vezetékenként, hanem elég csak egy ilyen eszközön átvezetni mindhárom vezetéket. Árnyékolt kábel esetén célszerű a védelmet eltávolítani, hogy az ne okozzon zavart az áramváltó működésében.
A vezetékben jelentkező földzárlat esetén az áram a CBCT szekunder oldalán elhanyagolható erősségű lesz, míg normál kondíciók mellett teljesül az alábbi feltétel:
Ie= (Ir+ Iy+ Ib) =0
Ugyanakkor földzárlat esetén az áramváltó betáplálási oldalán az alábbi vasólul meg:
Ie= (Ir+ Iy+ Ib) =3 I0, ahol I0 a zérus szekvencia értéke.
A CBCT szekunder oldalára kötött földzárlat relé érzékeli az áramot, és ha kell, működésbe lép.
Szeretnél még több érdekességet olvasni?
Iratkozz fel hírlevelünkre, ne maradj le az újdonságokról!
