Zabezpieczenie niezgodności biegunów (ANSI 62PD) — gdy nie wszystkie bieguny wyłącznika przełączają się jednocześnie

Poradnik o zabezpieczeniu od niezadziałania wyłącznika (ANSI 50BF) omawia scenariusz, w którym wyłącznik otrzymuje polecenie wyłączenia lub włączenia, ale w ogóle nie zadziała. Istnieje jednak subtelniejszy mechanizm awarii w wyłącznikach z niezależnie napędzanymi biegunami (każda faza napędzana własnym mechanizmem, typowe przy wyższych poziomach napięcia): jeden lub dwa bieguny owszem przełączają się, ale nie jednocześnie z pozostałymi biegunami. Nazywa się to niezgodnością biegunów (pole discrepancy) i jest wykrywane przez zabezpieczenie niezgodności biegunów, ANSI 62PD.

Mechanizm: mechaniczna lub hydrauliczna asynchroniczność między biegunami

W trójbiegunowym wyłączniku ze wspólnym mechanizmem napędowym (jeden mechanizm dla wszystkich trzech biegunów poprzez sprzężony wał) jednoczesne przełączanie wszystkich trzech biegunów jest mechanicznie zagwarantowane, poza pewnym niewielkim, nieodłącznym rozrzutem. W wyłącznikach z niezależnie napędzanymi biegunami — każda faza z własnym mechanizmem sprężynowym, hydraulicznym lub pneumatycznym, często stosowanym przy wyższych mocach lub w celu umożliwienia jednobiegunowego samoczynnego ponownego załączenia po zwarciu jednofazowym na linii napowietrznej — usterka mechaniczna lub hydrauliczna w jednym mechanizmie bieguna może spowodować, że ten jeden biegun zamknie się z opóźnieniem, otworzy się z opóźnieniem lub w ogóle nie zareaguje, podczas gdy pozostałe dwa bieguny przełączają się normalnie.

Dlaczego jest to niebezpieczne: niesymetryczne obciążenie faz i przepięcie

Długotrwała niezgodność biegunów — na przykład dwa bieguny zamknięte i jeden otwarty, lub odwrotnie — powoduje silnie niesymetryczny stan trójfazowy:

• W silnikach i generatorach powstaje znaczący prąd kolejności przeciwnej, z towarzyszącym nagrzewaniem wirnika, co omówiono również w poradniku o zabezpieczeniu kolejności przeciwnej (ANSI 46) — ale tutaj przyczyną jest usterka łączeniowa, a nie zakłócenie sieciowe.
• Przy izolowanym lub wysokoomowo uziemionym punkcie neutralnym otwarta faza w połączeniu z pozostałymi dwiema zamkniętymi fazami, wciąż połączonymi przez obciążenie lub uzwojenia transformatora, może przesunąć punkt neutralny i spowodować chwilowe przepięcie na zdrowych fazach.
• Gdy transformator zostaje jednobiegunowo odłączony po jednej stronie, podczas gdy druga strona pozostaje w pełni podłączona, może powstać nietypowy stan magnesowania z towarzyszącym hałasem i wibracjami.

Długotrwała niezgodność biegunów nie jest zatem nieszkodliwym stanem przejściowym, lecz sytuacją, którą należy szybko zakończyć zarówno ze względu na urządzenia, jak i na stabilność sieci.

Zasada działania zabezpieczenia: styki pomocnicze i zwłoka czasowa

Zabezpieczenie niezgodności biegunów zwykle wykorzystuje styki pomocnicze każdego pojedynczego bieguna, które przekazują rzeczywisty stan (otwarty/zamknięty) tego bieguna — nie same polecenia przełączania, lecz rzeczywiste mechaniczne położenie końcowe. Układ logiczny (lub przekaźnik cyfrowy) porównuje stany trzech biegunów:

• Jeśli wszystkie trzy bieguny znajdują się w tym samym stanie (wszystkie otwarte lub wszystkie zamknięte), nie ma niezgodności.
• Jeśli stan jednego lub dwóch biegunów różni się od pozostałych, uruchamia się zwłoka czasowa, zwykle rzędu kilkuset milisekund do kilku sekund.
• Jeśli niezgodny stan utrzymuje się po upływie tej zwłoki, zabezpieczenie wydaje trójbiegunowe polecenie wyłączenia tego samego wyłącznika (aby otworzyć pozostały zamknięty biegun lub bieguny), a zwykle również sygnał startu do zabezpieczenia od niezadziałania wyłącznika (50BF) na wypadek, gdyby sam wyłącznik nie reagował już niezawodnie.

Uwaga: zwłoka czasowa 62PD musi być wystarczająco długa, aby przetrwać normalną, krótkotrwałą asynchroniczność biegunów podczas planowej operacji łączeniowej (niewielki, nieodłączny rozrzut między niezależnymi mechanizmami biegunów przy zwykłym trójbiegunowym poleceniu łączeniowym), ale wystarczająco krótka, aby ograniczyć opisane wyżej ryzyko.

Znaczenie praktyczne

W przypadku wyłączników z niezależnie napędzanymi biegunami — często stosowanych właśnie dlatego, że pożądane jest jednobiegunowe samoczynne ponowne załączenie po zwarciu jednofazowym na linii napowietrznej, jak omówiono w poradniku o samoczynnym ponownym załączeniu (ANSI 79) — zabezpieczenie 62PD musi być obecne właśnie dlatego, że możliwość jednobiegunowego łączenia zwiększa również ryzyko długotrwałego, niepożądanego stanu jednobiegunowego. Dla wyłączników trójbiegunowych ze wspólnym mechanizmem napędowym 62PD zwykle nie jest potrzebne, ponieważ wykrywany przez nie mechanizm awarii nie może tam mechanicznie wystąpić.

Częste błędy

1. Mylenie zabezpieczenia niezgodności biegunów (62PD) z zabezpieczeniem od niezadziałania wyłącznika (50BF) — 50BF wykrywa, że wyłącznik w ogóle nie reaguje na polecenie łączeniowe; 62PD wykrywa, że bieguny wyłącznika nie przełączają się jednocześnie, nawet gdy wyłącznik owszem (częściowo) reaguje.
2. Stosowanie 62PD do wyłączników trójbiegunowych ze wspólnym mechanizmem napędowym, gdzie wykrywany mechanizm awarii nie może tam mechanicznie wystąpić, bez uwzględnienia, że funkcja jest tam zbędna.
3. Ustawianie zbyt krótkiej zwłoki czasowej, przez co normalna, krótkotrwała asynchroniczność biegunów podczas planowego trójbiegunowego łączenia już prowadzi do nieuzasadnionego polecenia wyłączenia.
4. Zapominanie, że 62PD musi wydawać sygnał startu do 50BF, przez co długotrwała niezgodność biegunów przy wyłączniku, który nie reaguje już w pełni, nie prowadzi do terminowego wyłączenia wyłącznika nadrzędnego.

Powiązane

• Zabezpieczenie od niezadziałania wyłącznika (ANSI 50BF)
• Zabezpieczenie kolejności przeciwnej (ANSI 46, niesymetria faz)
• Samoczynne ponowne załączenie (ANSI 79)
• Zabezpieczenie różnicowe szyn zbiorczych (ANSI 87B)