Pachet DE Programe Pentru Calculul Protectiilor Liniilor Electrice Lungi

CUPRINS

I )Construcția liniilor electrice

I.1 Linii electrice aeriene……………………………………………………………………………1

I .1.1 Clasificarea liniilor electrice aeriene………………………………………………1

I .1.2 Elemente constructive …………………………………………………………………1

I.2 Linii electrice în cablu……………………………………………………………………………9

I.2.1 Generalități……………………………………………………………………………………9

I.2.2 Elemente componente ale liniilor electrice in cablu…………………10

I.2.2.1 Cabluri electrice…………………………………………………………………10

I.2.2.2 Manșoane………………………………………………………………………….12

I.2.2.3 Cutii terminale ………………………………………………………………….13

II )Tipuri de defecte in sistemele electro-energetice

II.1 Scurtcircuit monofazat………………………………………………………………………..16

II.1.1Analiza scurtcircuitului monofazat prin metoda componentelor

simetrice…………………………………………………………………………………..18

II.2 Scurtcircuit bifazat izolat……………………………………………………………………19

II.2.1Analiza scurtcircuitului bifazat izolat prin metoda componentelor

simetrice…………………………………………………………………………………. 20

II.3 Scurtcircuit bifazat cu punere la pământ………………………………………………..22

II.4 Scurtcircuit trifazat……………………………………………………………………………..23

II.4.1 Scurtcircuit trifazat cu punere la pământ………………………………………24

II.4.2 Scurtcircuit trifazat izolat…………………………………………………………..25

II.5 Întreruperea unei faze………………………………………………………………………..25

II.6 Relații între curenții de scurtcircuit……………………………………………………..27

.

III )Protecții specifice liniilor electrice

III.1Consideratii generale………………………………………………..28

III.2 Protecții prevăzute…………………………………………………..29

III.2.1 Sectionarea de curent împotriva scurtcircuitelor

între faze și a dublei puneri la pământ…………………………………..30

III.2.1.1 Secționarea netemporizată……………………………………..30

III.2.1.2 Secționarea temporizată……………………………….33

III.2.2 Protecția maximală de curent temporizată……………..35

III.2.2.1 Protecția maximală de curent

temporizată cu caracteristică independentă …………..35

III.2.2.2 Protecția maximală de curent temporizată

cu caracteristică dependentă ……………………………………38

III.2.2.3 Scheme trifilare ale protecției maximale de

curent……………………………………………….39

III.2.3 Protecțiile liniilor radiale împotriva punerilor

la pământ monofazate……………………………………………………………42

III.2.3.1 Protecția liniilor din retelele cu curenți mici

de punere la pământ………………………………………………………………..42.

III.2.3.2 Protecția liniilor din retelele cu curenți mari de

punere la pământ…………………………………………………………………..52

III.2.4 Protecții diferențiale longitudinale ale liniilor electrice………………55

IV) Exemplu de calcul…………………………………………………………………………………….62

ANEXE

Program de calcul…………………………………………………………………………………………….66

BIBLIOGRAFIE

1. Călin,S.,Protecții prin relee. Editura Tehnică,București,1985

2. Badea, I. s.a., Protectia prin relee si automatizarea sistemelor

electrice,Editura Tehnica, București,1973.

3. Mihoc,D.,Iliescu,S., Automatizări și protecții prin relee în sistemele

electroenergetice, Editura Didactica și Pedagogica, București,1983

4. Mircea I.,Instalații și echipamente electrice, Editura Didactica și

Pedagogica,Craiova,2002

5. Mircea I.,Goșea I.,Rușinaru D.,Linii Electrice-îndrumar de

laborator,Reprografia Universității din Craiova,1998

6. Pietrăreanu E.,Agenda Electricianului, Editura Tehnica Bucuresti ,1986

7. Bercovici,M.,Retele electrice.Calculul Electric, Editura Tehnica

Bucuresti ,1986

8. Gheorghiu,N., Aparate și rețele electrice, Editura Didactică și

Pedagogică,1971

9. Dinculescu,P.,Instalații și echipamente electrice, Editura Didactică și

Pedagogică,1981

10. Fetiță, I., Linii electrice lungi, Reprografia Universității din

Craiova,1991

11. Normativul PE 134/95 privind calculul curenților de scurtcircuit

12.John O.Attia,Electronics and circuit analysis using Matlab,CRC Press

LLC,1999

13.Ghinea,M.,Firețeanu,V.,Matlab Calcul numeric Grafică Aplicații,Editura

Teora,2003

14. The MathWorks,Matlab the language of tehnical computing- Using

Matlab,2001

=== exemplu de calcul ===

Capitolul IV. Exemplu de calcul

Se consideră o linie radială cu tensiunea nominală , de lungime L=200 km cu două conductoare pe fază și cu o putere de scurtcircuit .

Conductoarele liniei sunt din funii de oțel-aluminiu cu secțiunea de120 mm2 , curentul maxim admis corespunzator secțiunii fiind 380A, Linia este susținută de stâlpi cu următoarea formă:

Figura IV.1

IV.1 Reactanța specifică

Dm-distanta medie geometrică între fazele liniei

re-raza echivalenta a conductorului

Figura IV.2

D12=7642[mm]

D23=7100[mm]

D31=3294[mm]

Dm=5633 [mm]

n-numarul de conductoare pe faza

r-raza conductorului

a-raza cercului circumscris conductoarelor unei faze

0,35[Ώ/km]

IV.2 Calculul curentilor de scurtcircuit

Ώ

Ώ

Se alege transformatorul de curent CESn-110-50..2000/5/5/5 cu urmatoarele date de catalog:

Clasa de precizie :0,5

Factor limita de precizie (n):<10/ >10/ > 40

IV.3 Protecții prevăzute:

Secționarea de curent

b) Protectia maximală temporizată

c) Protecția maximală homopolară de curent

Se prevede o protectie homopolara cu filtru Holmgreen

= 0.5 -clasa de precizie a transformatoarelor care alcatuiesc filtrul Holmgreen

Ksig2=1,5

I1nt-Curentul din primarul transformatoarelor care alcatuiesc filtrul Holmgreen

Protecția de distanță

IV.4 Compararea rezultatelor:

=== program ===

PROGRAM DE CALCUL

% Interfata

clc

%––––––––––––––––––––––––

interf=figure

uicontrol(interf,'Style','pushbutton','String',' OK ',…

'Position',[365 95 60 40],…

'Callback','uiresume');

%––––––––––––-

uicontrol(interf,'Style','text',…

'String',' Lungimea liniei[km]=',…

'Position',[10 380 280 30])

val1=uicontrol(interf,'Style','edit',…

'String','',…

'Position',[290 380 130 30])

uicontrol(interf,'Style','text',…

'String',' Puterea de scurtcircuit[MVA]=',…

'Position',[10 350 280 30])

val2=uicontrol(interf,'Style','edit',…

'String','',…

'Position',[290 350 130 30])

uicontrol(interf,'Style','text',…

'String',' Tensiunea nominala[kV]=',…

'Position',[10 320 280 30])

val3=uicontrol(interf,'Style','edit',…

'String','',…

'Position',[290 320 130 30])

uicontrol(interf,'Style','text',…

'String',' Numarul de conductoare pe faza=',…

'Position',[10 290 280 30])

val4=uicontrol(interf,'Style','edit',…

'String','',…

'Position',[290 290 130 30])

uicontrol(interf,'Style','text',…

'String',' Distanta dintre conductoarele de faza 1 si 2 [cm]=',…

'Position',[10 260 280 30])

val5=uicontrol(interf,'Style','edit',…

'String','',…

'Position',[290 260 130 30])

uicontrol(interf,'Style','text',…

'String',' Distanta dintre conductoarele de faza 2 si 3 [cm]=',…

'Position',[10 230 280 30])

val6=uicontrol(interf,'Style','edit',…

'String','',…

'Position',[290 230 130 30])

D23=str2num(get(val6,'str'))

uicontrol(interf,'Style','text',…

'String',' Distanta dintre conductoarele de faza 3 si 1 [cm]=',…

'Position',[10 200 280 30])

val7=uicontrol(interf,'Style','edit',…

'String','',…

'Position',[290 200 130 30])

uicontrol(interf,'Style','text',…

'String',' Sectiunea conductorului[mm^2]=',…

'Position',[10 170 280 30])

val8=uicontrol(interf,'Style','edit',…

'String','',…

'Position',[290 170 130 30])

uicontrol(interf,'Style','text',…

'String','Raza cercului circumscris conductoarelor unei faze[cm]=',…

'Position',[10 140 280 30])

val9=uicontrol(interf,'Style','edit',…

'String','',…

'Position',[290 140 130 30])

uiwait

L=str2num(get(val1,'str'))

Ssc=str2num(get(val2,'str'))

Un=str2num(get(val3,'str'))

Nc=str2num(get(val4,'str'))

D12=str2num(get(val5,'str'))

D23=str2num(get(val6,'str'))

D31=str2num(get(val7,'str'))

s=str2num(get(val8,'str'))

a=str2num(get(val9,'str'))

protlinii

%Protectia liniilor

%date de intrare

%calculul impedantei specifice a liniei

r=(sqrt(s/pi))/10

Dm=(D12*D23*D31)^(1/3)

if Nc==1

rc=r

else

rc=(Nc*r*(a^Nc-1))^(1/Nc)

x0=0.1445*log(Dm/rc)+0.0157

end

%calculul curentilor de scurt circuit

Xs=(Un^2)/(sqrt(3)*Ssc)

XL=x0*L

Itrif_1=(Un*10^3)/(Xs*sqrt(3))

Ibif_1=(sqrt(3)/2)*Itrif_1

Itrif_2=(Un*10^3)/((Xs+XL)*sqrt(3))

Ibif_2=(sqrt(3)/2)*Itrif_2

disp('Alegeti tipul protectiei');

me=1;

while me ~=4

me=menu('Alegeti tipul protectiei',…

'SECTIONARE RAPIDA DE CURENT',…

'PROTECTIE MAXIMALA DE CURENT',…

'PROTECTIE MAXIMALA HOMOPOALRA',…

'Terminat');

if me==1

sectr

elseif me==2

protmaxtemp

elseif me==3

prothom

elseif me==4

close

end %if

end %while

%protectie maximala de curent

int1=figure

uicontrol(int1,'Style','text',…

'String',' Ksig=',…

'Position',[10 380 280 30])

val21=uicontrol(int1,'Style','edit',…

'String','',… 'Position',[290 380 130 30])

uicontrol(int1,'Style','text',…

'String',' Krev=',…

'Position',[10 350 280 30])

val22=uicontrol(int1,'Style','edit',…

'String','',…

'Position',[290 350 130 30])

uicontrol(int1,'Style','text',…

'String',' Curentul maxim de sarcina Ism[A]=',…

'Position',[10 320 280 30])

val23=uicontrol(int1,'Style','edit',…

'String','',…

'Position',[290 320 130 30])

uicontrol(int1,'Style','text',…

'String',' I1n/I2n=',…

'Position',[10 290 280 30])

val24=uicontrol(int1,'Style','edit',…

'String','',…

'Position',[290 290 130 30]

%buton

uicontrol(int,'Style','pushbutton','String',' OK ',…

'Position',[380 230 60 40],…

'Callback','uiresume');

uicontrol(interf,'Style','text',…

'String',' Ipp=',…

'Position',[250 200 60 20])

uicontrol(interf,'Style','text',…

'String',' Ipr=',…

'Position',[250 150 60 20])

Txt = uicontrol('Style','Text','Position',[300,200,60,20]);

Txt1 = uicontrol('Style','Text','Position',[300,150,60,20])

uiwait

Ksig=str2num(get(val21,'str'))

n=str2num(get(val24,'str'))

Krev=str2num(get(val22,'str'))

Ism=str2num(get(val23,'str'))

Ipp=(Ksig/Krev)*Ism

Ipr=(Ipp/n)

set(Txt, 'String', Ipp);

set(Txt1, 'String', Ipr)

%protectie maximala homopolara

int2=figure

uicontrol(int2,'Style','text',…

'String',' Ksig1=',…

'Position',[10 380 280 30])

val31=uicontrol(int2,'Style','edit',…

'String','',…

'Position',[290 380 130 30])

uicontrol(int1,'Style','text',…

'String',' Ksig2=',…

'Position',[10 350 280 30])

val32=uicontrol(int2,'Style','edit',…

'String','',…

'Position',[290 350 130 30])

uicontrol(int2,'Style','text',…

'String',' Frecventa[Hz]=',…

'Position',[10 320 280 30])

val33=uicontrol(int2,'Style','edit',…

'String','',…

'Position',[290 320 130 30])

uicontrol(int2,'Style','text',…

'String',' Capacitatatea specifica a liniei[uF/km]=',…

'Position',[10 290 280 30])

val34=uicontrol(int2,'Style','edit',…

'String','',…

'Position',[290 290 130 30])

uicontrol(int2,'Style','text',…

'String','Clasa de precizie a tarnsformatoarelor de curent[%]=',…

'Position',[10 260 280 30])

val35=uicontrol(int2,'Style','edit',…

'String','',…

'Position',[290 260 130 30])

uicontrol(int2,'Style','text',…

'String','Curentul nominal din primarul transformatoarelor de crt=',…

'Position',[10 230 280 30])

val36=uicontrol(int2,'Style','edit',…

'String','',…

'Position',[290 230 130 30])

uicontrol(int2,'Style','text',…

'String','Curentul maxim de sarcina[A]=',…

'Position',[10 200 280 30])

val37=uicontrol(int2,'Style','edit',…

'String','',…

'Position',[290 200 130 30])

uicontrol(int2,'Style','text',…

'String','raportul tranformatorului de curent n=',…

'Position',[10 170 280 30])

val38=uicontrol(int2,'Style','edit',…

'String','',…

'Position',[290 170 130 30])

%buton

uicontrol(int,'Style','pushbutton','String',' OK ',…

'Position',[380 130 60 40],…

'Callback','uiresume');

uicontrol(interf,'Style','text',…

'String',' Ipp=',…

'Position',[250 100 60 20])

uicontrol(interf,'Style','text',…

'String',' Ipr=',…

'Position',[250 70 60 20])

Txt = uicontrol('Style','Text','Position',[300,100,60,20]);

Txt1 = uicontrol('Style','Text','Position',[300,70,60,20])

uiwait

Ksig1=str2num(get(val31,'str'))

Ksig2=str2num(get(val32,'str'))

f=str2num(get(val33,'str'))

C0=str2num(get(val34,'str'))

eps=str2num(get(val35,'str'))

I1nt=str2num(get(val36,'str'))

Ism=str2num(get(val37,'str'))

n=str2num(get(val38,'str'))

om=2*pi*f

Un=110

Icl=3*om*C0*Un

Ipp1=Ksig1*Icl

Ipp2=Ksig2*(eps/100)*I1nt

Ipp=max(Ipp1,Ipp2)

Ipr=Ipp/n

set(Txt, 'String', Ipp);

set(Txt1, 'String', Ipr)

%Sectionare rapida

int=figure

uicontrol(int,'Style','text',…

'String',' Ksig=',…

'Position',[10 380 280 30])

val11=uicontrol(int,'Style','edit',…

'String','',…

'Position',[290 380 130 30])

uicontrol(int,'Style','text',…

'String',' I1n/I2n=',…

'Position',[10 350 280 30])

val12=uicontrol(int,'Style','edit',…

'String','',…

'Position',[290 350 130 30])

uicontrol(int,'Style','pushbutton','String',' OK ',…

'Position',[365 300 60 40],…

'Callback','uiresume');

uicontrol(interf,'Style','text',…

'String',' Ipp=',…

'Position',[250 250 60 20])

uicontrol(interf,'Style','text',…

'String',' Ipr=',…

'Position',[250 200 60 20])

Txt = uicontrol('Style','Text','Position',[300,250,60,20]);

Txt1 = uicontrol('Style','Text','Position',[300,200,60,20])

uiwait

Ksig=str2num(get(val11,'str'))

n=str2num(get(val12,'str'))

Ipp=Ksig*Itrif_2

Ipr=(Ipp/n)

set(Txt, 'String', Ipp);

set(Txt1, 'String', Ipr)

%protectie de distanta

int3=figure('Name','protectie de distanta','NumberTitle','off');

uicontrol(int3,'Style','text',…

'String',' Zpp1=',…

'Position',[250 200 60 20])

uicontrol(int3,'Style','text',…

'String',' Zpp2=',…

'Position',[250 160 60 20])

uicontrol(int3,'Style','text',…

'String',' Zpp3=',…

'Position',[250 120 60 20])

Txt = uicontrol(int3,'Style','Text','Position',[300,200,60,20]);

Txt1 = uicontrol(int3,'Style','Text','Position',[300,160,60,20])

Txt2 = uicontrol(int3,'Style','Text','Position',[300,120,60,20])

R0=0.254

RL=R0*L

ZL=sqrt(XL^2+RL^2)

Zpp1=0.8*ZL

Zpp2=1.2*ZL

Zpp3=1.5*ZL

set(Txt, 'String', Zpp1);

set(Txt1, 'String', Zpp2)

set(Txt2, 'String', Zpp3)

=== protectia liniilor ===

Capitolul III. Protecții specifice liniilor electrice

III.1Consideratii generale

Problema protecției liniilor din rețelele electrice este mai complicată decât a echipamentului din centrale și stații, deoarece tipul și schema protecției adoptate depind de un număr mai mare de factori. Printre aceștia pot fi enumerați : configurația rețelei (radială, buclată, complexă, cu stații în derivație, agățate, cu linii paralele etc.), importanța liniei în cadrul sistemului electric sau al interconexiunii, modul de tratare a neutrului influența defectelor de pe linie asupra stabilității sistemului, tensiunea rețelei, construcția aeriană sau în cablu, prezența sau absența altor circuite pentru alimentarea, consumatorilor, prevederea declanșărilor monofazate sau trifazate,existența sau absența dispozitivelor de RAR, posibilitatea funcționării cu o fază întreruptă, eventuală compensare longitudinală a liniei, raportul dintre curenții minimi de defect și curenții maximi de sarcină (la liniile lungi și puternic încărcate).

Principala funcție a protecțiilor liniilor este să reducă la minimum influența defectelor asupra funcționării restului sistemului-ceea ce impune în majoritatea cazurilor o funcționare rapidă-acționând astfel încat defectele să fie lichidate cu întreruperea alimentării numărului minim posibil de consumatori, cerințele în privința selectivității fiind astfel ridicate. Problema deteriorării propriu-zise a liniei nu se pune la fel de acut cum se punea la echipamentul principal din centrale și stații, întrucât de regulă defectele pe linii nu provoacă deteriorări grave.

Datorită influenței celorlalți factori, unele dintre protecțiile menționate în cadrul unei categorii de linii sunt întâlnite și la linii din altă categorie, de exemplu pentru o linie de tensiune ridicată, dintr-o rețea buclată se poate prevedea o protecție de distanță utilizată pentru protecția, liniilor din rețele complexe. De asemenea, unele protecții simple, prevăzute pentru 1inii din rețele buclate, apar ca protecții de rezervă pe linii din rețele complexe.

III.2 Protecții prevăzute

Rețelele radiale au cea mai simplă configurație posibilă și datorită acestui fapt selectivitatea se poate obține ușor pentru protecțiile temporizate-prin eșalonarea temporizărilor crescând de la consumatori, spre sursă, iar pentru protecțiile rapide-prin desensiblizarea în raport cu defectele pe elementul următor, spre consumatori. La protecțiile cu temporizări reduse cum sunt sectionările temporizate-se folosesc simultan ambele metode.

Liniile radiale se prevăd cu protecții împotriva scurtcircuitelor polifazate, dublelor puneri la pământ și punerilor la pământ monofazate (în rețelele cu curenți mari de punere la pământ), respectiv scurtcircuitelor monofazate (în rețele cu curenți mari de punere la pământ). Liniile se prevăd cu protecții de bază, cu acționare rapidă, și cu protecții de rezervă, temporizate; în unele cazuri, rezerva este asigurată sub forma rezervei de la distanță, de protecția liniei vecine, spre sursă. În majoritatea cazurilor, împotriva defectelor dintre faze și a dublelor puneri la pământ se folosesc în calitate de protecții temporizate-protecția maximală de curent temporizată și sectionarea temporizată. Împotriva punerilor (respectiv scurtcircuitelor) monofazate la pământ se folosesc secționări homopolare și protecții maximale homopolare temporizate. În anumite cazuri se folosesc protecții de distanță, iar pentru cabluri se utilizează uneori protecții diferențiale sau comparative.La liniile radiale, protecțiile se instalează la capătul dinspre alimentare.

III.2.1 Sectionarea de curent împotriva scurtcircuitelor între faze și a dublei puneri la pământ
III.2.1.1 Secționarea netemporizată

Figura III.1

La linii, secționarea se realizează pe același principiu ca și la transformatoare, curentul de pornire fiind desensibilizat în raport cu curentul de scurtcircuit la un defect apărut în regim maxim la capătul dinspre consumatori al liniei protejate, pentru ca protecția să nu poată acționa neselectiv la defectele exterioare spre consumatori, rezultă astfel:

Ipp=Ksig Isc max K (III.1)

Isc max k este curentul de scurtcircuit maxim la un defect trifazat în regim maxim în punctul K

Ksig =1,2 … 1,3 , când secționarea este realizată cu relee RC

1,4…1,3 , când secționarea este realizată cu relee RT pC

În rețelele cu curenți mari de punere la pământ trebuie verificată și valoarea curentului de scurtcircuit monofazat ; dacă aceasta este mai mare decât a celui trifazat, atunci desensibilizarea curentului de pornire trebuie facută în raport cu scurtcircuitul exterior monofazat.

Dacă linia alimentează transformatoare, atunci trebuie verificată și desensibilizarea curentului de pornire în raport cu șocul de curent de magnetizare, pentru a se evita acționarea greșită a secționării datorită șocului de curent de magnetizare la conectarea transformatoarelor.

După cum se vede din diagrama variației curentului de scurtcircuit Isc=f(L) atunci când variază distanța L dintre defect și locul de instalare al protecției, secționarea are o zonă moartă, a cărei lungime este determinată de intersecția dintre orizontala curentului de pornire și diagrama menționată; defectele apărute în zona moartă vor fi lichidate de protecția de rezervă cu temporizare.

Lungimea zonei moarte depinde de regimul de funcționare în care apare detectul; în regim maxim, zona moartă cuprinde porțiunea CB, iar în regim minim crește sensibil, cuprinzând porțiunea DB. Această dependență a zonei moarte de regimul de funcționare reprezintă principalul dezavantaj al secționării, întrucât în unele cazuri zona protejată în regim minim poate deveni foarte redusă.

Fiind selective prin alegerea curentulul de pornire, secționarea nu necesită temporizări. La liniile aeriene protejate prin descărcătoare tubulare împotriva supratenslunilor atmosferice este însa necesar ca releul, intermediar care comandă declanșarea să aibă o întârziere la acționare de circa 0,06 … 0,08 s , pentru ca secționarea să nu acționeze greșit când descărcătoarele tubulare-al căror timp de acționare poate ajunge până la 0,003 s -conduc unda de supratensiune la pământ și creează astfel un scurtcircuit artificial de scurtă durată.

Secționarea se realizează cu două transformatoare de curent alimentând două relee, întrucât în rețelele cu curenți mici de punere la pământ nu este necesară de regulă acționarea la declanșare în cazul punerilor la pământ monofazate

Figura III.2

iar în rețelele cu curenți mari de punere la pământ se prevede împotriva scurtcircuitelor monofazate o protecție separată, pe baza componentei de secventă homopolară a curentutui. În rețelele cu curenți mici de punere la pământ cele două faze pe care se instalează secționarea vor fi aceleași pe toate liniile legate galvanic din rețeaua radială, pentru ca la anumite duble puneri la pământ apărute pe linii diferite , cel puțin unul din defecte să se găsească pe o fază cu transformatoare de curent, în această situație în 50% din cazuri (când defectul pe faza care transformator de curent se găsește pe o linie mai apropiată de sursă va fi de regula deconectată numai linia dinspre consumatori (dacă curentul de defect este mai mic decât curentul de pornire al secționării liniei dinspre sursă), iar cealaltă linie continuă să funcționeze cu o punere la pământ, alimentând un timp circuitele racordate la barele sale.Dacă nu respectă instalarea celor două transformatoare de curent pe aceleași faze,

Figura III.3

atunci la duble puneri la pământ pe linii diferite apărute pe fazele fără

transformatoare de curent, protecția liniei dinspre consumatori nu poate acționa și defectul va fii lichidat fie de secționarea liniei dinspre surse fiind lipsite de alimentare și circuitele racordate la barele sale – fie de protecțiile de rezervă ale liniei dinspre sursă.

Secționarea netemporizată are avantajul de a asigura o protecție simplă, rapidă și selectivă a porțiunii liniei dinspre sursă prezentând totodată dezavantajul zonei moarte și al dependenței acesteia de regimul de funcționare. Normativele o recomandă pentru cazurile în care lungimea zonei protejate , în regim normal de funcționare al liniei , este de cel puțin 15…20% din lungimea liniei.

III.2.1.2 Secționarea temporizată

După cum se indică și în normative pentru liniile radiale prevăzute cu protecție de curent cu timpi de acționare eșalonați în două trepte , prima treaptă este reprezentată de o secționare netemporizată sau – dacă sensibilitatea nu poate fi asigurată – de o secționare temporizată cu un timp redus de acționare , a două trepte fiind reprezentată de o protecție maximală de curent temporizată.

Secționarea temporizată este deci utilizată în locul secționării netemporizate atunci când aceasta nu protejează cel puțin 20% din lungimea liniei, în regim normal de funcționare .

În figura următoare este prezentată folosirea secționării temporizate în cazul unei linii radiale alimentând o stație de transformare coboratoare .

Curentul de pornire al secționării temporizate se desensibilizează în raport cu , curentul de scurtcircuit exterior în regim maxim pentru un defect apărut la capătul opus al elementului următor (spre consumatori) liniei protejate , deci în K la barele de joasă tensiune ale transformatoarelor

stației. Datorită acestui fapt , zona protejată acoperă întreaga lungime a liniei atât în regim maxim cât și în regim minim, releul 1 acționând și la defecte în transformatoarele stației , panta mai mare a curbei Isc=f(l) penru defectele în transformatoare se datorează reactantei concentrate pe care o reprezintă acestea.

Acționarea neselectivă a protecției 1 la defecte în unul din transformatoarele stației este împiedicată prin temporizarea ta2 introdusă de releul de timp aceasta stabilindu-se cu o treaptă de temporizare mai mare decât timpul de acționare ta1=0.1s al protecției rapide a transformatorului .

Figura III.4

ta2=ta3+∆t=0,7 s . (III.2)

Dacă, în componența, secționării nu s-ar introduce releul de timp , ar rezulta o secționare neselectivă care acționează, și la unele defecte din transtormatoarele stației. Funcționarea neselectivă, se poate corecta printr-un dispozitiv de RAR instalat la întreruptorul liniei : ținând seama că transformatorul defect este deasemenea deconectat fără temporizare de protecția sa, rapidă 2, la redeclanșarea liniei defectul este eliminat și linia continuă să alimenteze celelalte transformatoare. Există diverse variante de folosire combinată a secționării neselective cu dispozitivele care conduc la accelerarea înainte sau după RAR a protecției maximale de curent temporizate de pe elementele respective.

III.2.2 Protecția maximală de curent temporizată

III.2.2.1 Protecția maximală de curent temporizată cu caracteristică independentă

Protecția maximală de curent temporizată poate fi o protecție de bază sau de rezervă împotriva scurtcircuitelor între faze pe liniile radiale.

Normativele prevăd că de regulă protecția împotriva scurtcircuitelor între faze pe linii să fie realizată cu o singură treaptă temporizată, în acest caz protecția maximală de curent fiind protecția de bază a liniei.

Conform normativelor, se admite ca protecția împotriva scurtcircuitelor între faze să fie realizată cu două trepte de timp în urmatoarele cazuri:

a) dacă temporizarea rezultată este atât de mare încât perturbă, fucționarea consumatorilor alimentați pe linii vecine cu cea defectă;

b) dacă prin valoarea, ridicată a temporizării rezultate se micșorează eficacitatea, reaclanșării automate sau a aclanșării automate a rezervei pentru consumatorii alimentați de linia, respectivă ;

c) dacă fără introducerea unei trepte rapide rezultă pentru protecțiile de rezervă ale transformatoarelor care alimentează linia (cu tensiune superioară de 110kV sau mai mult)timpi de acționare care depășesc 3 s.

În aceste cazuri, treapta rapidă este reprezentată de o secționare de curent (netemporizată sau cu o temporizare redusă iar treapta a doua este realizată cu o protecție maximală de curent, care reprezintă astfel o protecție de rezervă.

Protecțiile maximale de curent se pot realiza, cu caracteristica de timp independentă sau dependentă.

Protecția maximală de curent cu caracteristica independentă se realizează cu relee electromagnetice de curent RC și cu relee de timp RTp.

În figură, sunt reprezentate monofilar protecțiile maximale de curent dintr-o rețea radială, și treptele de temporizare cu care sunt lichidate defectele apărute pe diferitele linii;

Figura III.5

Aceste trepte cresc de la consumatori spre sursă pentru că un detect apărut pe una din linii, de exemplu în K pe linia L-3, să fie lichidat selectiv de protecțiile 3 și 3’ ale liniei defecte, toate celelalte protecții prin care circulă curentut de defect având temporizări mai mari întrucât ta3< ta2, < ta1 , fiecare

temporizare crescând spre sursă cu o treaptă ∆t . În acest mod, fiecare protecție poate acționa ca rezervă de la distantă în cazul unor defecte pe linia următoare, spre consumatori.

Protecția are dezavantajul că tocmai în apropierea surselor, unde defectele sunt însoțite de valori mai mari ale curenților de scurtcircuit rezultă temporizări mari.

Valoarea treptei de temporizare ∆t nu poate fi redusă sub o anumită limita, întrucât pentru a exclude acționări nesclective (când la un defect pe o linie acționează mai devreme protecția liniei vecine spre sursă)este necesară relația:

∆t=tint r+2ter+trez’ (III.3)

În care : tintr – este timpul propriu al întrerupatorului ;

2ter-dublul erorii unui releu de timp (se adoptă dublul erorii unui releu de timp considerând ipoteza cea mai avantajoasă, în care releul de timp de pe linia defectă ar avea o eroare de un semn-acționând mai târziu decât este stabilit prin reglajul său, iar releul de timp de pe linia defectă ar avea o eroare de semn opus-acționând mai devreme decât este stabilit)

trez – un timp de rezervă.

Practic, rezultă valoarea minimă ∆t =0,5…0,6 s.

Pentru a înlatura în bună parte dezavantajul menționat, protecția maximală (releele 1’,1”,2’,2”,3',3")se combină cu secționarea rapidă; în zonele de acționare ale secționărilor, (releele 1,2,3), delimitate de punctele A,B,C, defectele sunt lichidate rapid, iar în zonele moarte-cu temporizările t"3,t”2, t”1, crescătoare în trepte.

Figura III.6 Asocierea sectionarii rapide de curent cu protectia maximala temporizata

Curentul de pornire al protecției maximale se determină cu relația:

(III.4)

în care :ksig= 1,15…1,25; krev=0,85

I sarc max —curentul maxim de sarcină al liniieiprotejate. Pentru curentul de pornire al releului rezultă

(III.5)

unde ksch=este coeficientul de schemă definit ca raportul dintre curentul prin bobina releului și curentul din secundarul transformatorului de curent.

La liniile în cablu supuse suprasarcinilor periculoase se prevede împotriva suprasarcinilor o protecție maximală de curent

temporizată, acționând la semnalizare, cu excepția stațiilor fără personal permanent de deservire, unde acționează la declanșare.

III.2.2.1 Protecția maximală de curent temporizată cu caracteristică dependentă

Această protecție se realizează cu relee de inducție RTpC.Ansamblul protecțiilor unei rețele radiale reprezentat monofilar și variația temporizărilor în funcție de distanța la care apare defectul sunt prezentate în figura următoare: :

Figura III.7

La un defect în K1, protecția 3 trebuie să acționeze, ca rezervă, cu o treaptă de timp mai târziu decât protecția 4, deci cu relația :

ta3(K1)=ta4=∆t. (III.6)

Pe masură ce defectul s-ar deplasa din K1, in K2, curentul de defect crește și deci timpul de acționare al protecției 3 scade pe porțiunea dependentă a caracteristicii, ceea ce face ca în diagrama b) să rezulte o micșorare a temporizării pe măsură ce scade distanța 1 dintre defect și sursă.

La un defect în K2, protecția 2 este reglată să acționeze cu relația

ta2(K2)=ta3(K3)=∆t , (III.7)

timpul de acționare al protecției scăzând apoi la ta2(K2)la un defect în K3-. În mod analog se determină temporizările până la defecte în K4.

Datorită porțiunilor dependente ale caracteristicilor, pe liniile apropiate de sursă defectele sunt lichidate cu temporizări mai mici decât în cazul protecțiilor maximale cu caracteristică independentă.

Curenții de pornire pentru elementele de inductie(care asigură, secționarea netemporizată) ale releelor RTpC se determină cu relațiile

(III.8)

(III.9)

iar pentru elementul electromagnetic al acestor relee (care asigură secționarea netemporizată)-cu:

(III.10)

determinând apoi Ipr:

(III.11)

În diagrama b) au fost reprezentate și porțiunile în care acționează rapid elementul de secționare al releelor RTpC.

Proțectiile maximale cu caracteristică dependentă nu au însă decât o utilizare restrânsă, deoarece sunt mai complicate decât cele cu caracteristica independentă, iar valoarea curentului de scurtcircuit depinde de regimul de funcționare al sistemului, precum și valoarea rezistenței de trecere(la defectele prin arc) și deci timpul de eliminare a unui defect dintr-un anumit punct se modifică în funcție de factorii indicați.

De aceea, în cele mai multe cazuri se folosesc protecții maximale cu caracteristică independentă.

III.2.2.3 Scheme trifilare ale protecției maximale de curent

Protecția maximală de curent poate fi realizată în variantele : cu trei transformatoare de curent și trei relee (a), cu două transformatoare de curent și trei relee (b), cu două transformatoare de curent și cu două relee(c) și cu două transformatoare și un releu(d).

Figura III.8 Scheme trifilare ale protecției maximale de curent

Așa cum s-a menționat și la secționarea de curent șn rețele cu curenți mici de punere la pământ, punerile la pământ monofazate nu necesită de regulă, acționarea, protecției la declanșare, iar rețelele cu curenți mari de punere la pământ sunt prevăzute cu protecții speciale împotriva scurtcircuitelor monofazate, este indicat ca protecția maximală de curent să fie instalată pe două dintre faze, pentru a acționa la scurtcircuitele polifazate și la duble puneri la pământ.

Singurul avantaj al schemei din fig.III.8.a în raport cu cea din fig.III.8.c constă în sensibilitatea de două ori mai ridicată la anumite scurtcircuite bifazate exterioare, după transtormatoare cu conexiuniY/∆; dacă în asemenea cazuri nu se veritică coeficientul de sensibilitate pentru schema din fig.III.8.c, atunci se preferă schema din fig.III.8.b care asigură aceeași sensibilitate ca, și schema din fig.III.8.a, însa necesită un transformator de curent mai puțin.

Într-adevăr prin releul 3 din fig.III.8.b va circula un curent a cărui valoare(în absența defectelor la pământ deci când componența de secvență homopolară I0=O) este dată de :

(III.12.1)

Figura III.9 Diagrama fazorială a curenților

deci un curent proporțional cu curentul din faza fără transformator de curent. În cazul schemei din fig.III.8.d, curentul I, care circulă prin releu este egal cu diferența curenților din cele două faze și deci

(III.12.2)

Figura III.10 Diagrama fazorială a curenților

Datorită acestui fapt, coeficientul de sensibilitate, calculat cu curentul de scurtcircuit bifazat, va depinde de perechea de faze între care apare defectul; în plus, la anumite scurtcircuite exterioare bifazate după transformatoare cu conexiuni Y/∆ , schema din fig. III.8.d nu acționează, curentul prin releu fiind teoretic nul.

De aceea, cea mai largă folosire o are schema din fig.III.8.c cu montarea transformatoarelor de curent pe aceleași două faze în întreaga rețea, din considerente analoge cu cele expuse la secționarea netemporizată pentru secționările de curent. Când sensibilitatea la defecte bifazate după transtormatoare cu conexiuni Y/∆ nu este satisfacută, se folosește varianta din fig. III.8b; la linii până la 10 kV, care nu alimentează transformatoare cu conexiuni Y/∆ și la care sensibilitatea este asigurată pentru toate cazurile de scurtcircuite bifazate, se poate folosi varianta din fig.III.8.d (în acest caz la calculul curentului de pornire al releului se ține seama de faptul că Ksch= ).

Varianta din fig.III.8.a este cea mai scumpă, necesitând pe fiecare linie trei transtormatoare de curent și trei relee. Ea ar putea fi utilizată în rețelele cu

curenți mici de punere la pământ atunci când se consideră necesar ca la duble puneri la pământ apărute pe linii diferite să fie în toate cazurile deconectată linia dinspre consumatori (și nu numai în o parte din cazuri, cum rezultă la schemele cu două transformatoare de curent și două relee), îintrucât în acest caz acționează protecțiile ambelor linii în orice variante ale defectului menționat , iar pentru linia spre consumatori, temporizarea este mai mică. În varianta din fig.III.8.b prin al treilea releu nu mai circulă, în cazul defectelor la pământ, un curent proporțional cu cel din faza fărâ releu, întrucât

(III.13)

Pentru coeficienții de sensibilitate ai protecțiilor maximale de curent se prevăd valorile :

Ksens I> 1,5 pentru defecte pe linia protejată

Ksens II> 1,2 pentru defecte pe elementul următor spre consumatori.

Când nu poate fii obținută valoarea Ksens II cu niciuna din variantele menționate de realizare, a schemelor trifiliare ale protecției maximale, se prevăd protecții cu filtre de secvență inversă a curentului.

Din această categorie face parte protecția cu releu-filtru de curent de componență simetrică inversă WC-2a, elaborat la ICEMENERG.Acest releu este sensibil și la dublele puneri la pământ, care sunt însoțite de curenți de defect mai mici decât în cazul scurtcircuitelor bifazate, datorită faptului că intervin și rezistențele de trecere dintre conductorii liniei și pământ în cele două puncte de defect.

III.2.3 Protecțiile liniilor radiale împotriva punerilor la pământ monofazate

III.2.3.1 Protecția liniilor din retelele cu curenți mici de punere la pământ

Aceste linii fac parte din rețele de 2…70 kV, care funcționează cu neutrul izolat sau legat la pământ prin bobina de stingere. Valoarea curentului de punere la pământ depinde de capacitatea rețelei de la tensiunea respectivă (formată din liniile legate galvanic)în raport cu pământul, care la rândul ei depinde în principal de lungimea totală a liniilor din rețea, de tensiunea rețelei și de construcția aeriană sau în cablu a rețelei. Valorile curenților de punere la pământ pot fi determinate aproximativ pentru rețelele aeriene cu relația :

(III.14)

iar pentru rețelele de cabluri cu relația:

(III.15)

cu U în kV și I în km.

Normativele prevăd ca în toate stațiile de transformare și punctele de alimentare să existe o protecție neselectivă împotriva punerilor la pământ monofazate pe fiecare secție sau sistem de bare care poate funcționa independent . Această protecție acționează la semnalizare și se poate realiza în mai multe variante :

cu un releu maximal de tensiune care controlează tensiunea de deplasare a neutrului rețelei ;

cu trei relee minimale de tensiune care controlează tensiunile celor trei faze ;

cu un releu maximal de tensiune homopolară , alimentat de bobinajul în triunghi deschis al unui transformator de tensiune instalat pe barele colectoare.

Întrucat protecția actionează la orice punere la pământ monofazată apărută în rețeaua legată galvanic cu barele colectoare respective , pentru determinarea liniei defecte este necesar ca personalul de tură, avertizat de semnalizarea trimisă de protecție , să deconecteze fiecare linie succesiv –pe duarată scurtă- linia defectă fiind cea a cărei deconectare provoacă întreruperea semnalizării.

Acest procedeu nu mai poate fi folosit în cazul în care liniile alimentează consumatori care nu admit întreruperi ale alimentării. De aceea , în stațiile cu asemenea consumatori și cu cel puțin trei linii se prevăd protecții selective care detectează linia pe care s-a produs punerea la pământ monofazată.

Aceste protecții selective trebuie să satisfacă totodată cerințe ridicate din punct de vedere al sensibilității și siguranței în funcționare , având în vedere că valorile curenților de defect sunt foarte mici, incomparabil mai mici decât curenții de sarcină .

Protecțiile selective acționează la semnalizare cu excepția următoarelor cazuri , când acționează la declanșare : în cazul când considerente de protecția muncii nu admit funcționarea cu o punere la pământ și în cazul când timpul de eliminare a defectului prin intervenția personalului de exploatare depășește timpul corespunzător stabilității termice a prizelor de pământ.

Soluțiile folosite în prezent pentru protecțiile selective sunt următoarele:

a) protecții maximale homopolare de curent ;

b) protecții direcționale homopolare ;

c) protecții sensibile la conținutul în armonici superioare în curentul homopolar ;

d) protecții de distanță

a) Protecții maximale homopolare de curent

Acestea se realizează cu TSH la liniile în cabluri și cu FCSH la liniile aeriene. Curentul de pornire al protecției trebuie să fie desensibilizat în raport cu curentul capacitiv Ic1, al liniei protejate , care circulă prin locul de instalare al protecției la detecte pe alte linii , pentru ca protecția să nu acționeze greșit la defecte exterioare rezultând Ipp=(4…5)Ic1 pentru protecțiile netemporizate și Ipp=(1,5…2)Ic1 pentru protecțiile temporizate .

Această valoare a curentului de pornire asigură de obicei și desensibilizarea în raport cu curenții de dezechilibru ai FCSH sau TSH.

pe de altă parte curentul de pornire al protecției IPP trebuie să satisfacă valoarea impusă pentru coeficientul de sensibilitate ksens definit astfel :

(III.16)

unde Iprot_l este curentul care circulă prin protecția liniei defecte.

Considerând schema trifilară a unei rețele formate din mai multe linii radiale alimentate, de la aceleași bare colectoare, rezultă ca în cazul unei puneri la pământ pe o linie curentul Iprot_l care circulă prin protecția acesteia are expresia

Iprot_l=Ipam-ICL (III.17)

unde Ipam, este valoarea totală a curentului de defect, egală cu suma curenților capacitivi ai tuturor liniilor conectate la barele respective, inculsiv linia defectă

ICL,-curentul capacitiv al liniei defecte.

Din ultima relație se constată că valoarea curentului Iprot_l care circulă prin protecția liniel defecte , este egală cu suma curenților capacitivi al celorlalte linii racordate la aceleași bare colectoare.

Din ultimele două relații se obține :

(III.18)

întrucât normativele prevăd ksens>1,25 penru protecțiile selective ale liniilor în cabluri și pentru protecțiile selective ale liniilor aeriene din pentru linii relația anterioară se obțin condițiile:

(III.19)

pentru linii de cabluri și:

(III.20)

pentru linii aeriene.

Considerând o protecție netemporizată , condiția de selectivitate impune valoarea minimă : Ipp=4 ICL

și deci relațiile de mai sus devin:

(III.21)

(III.22)

rezultând condițiile de asigurare simultană a selectivității și sensibilității:

(III.23)

pentru linii în cabluri și (III.24)

la linii aeriene.

În cazul unei stații cu numai câteva linii aceste condiții nu pot fi îndeplinite , întrucât diferența dintre suma curenților capacitivi ai tuturor liniilor , egală cu valoarea totală a curentului de defect Ipam și curentul capacitiv ICL al liniei defecte nu poate fi atât de mare în cazul respectiv . Ca

urmare, protecția maximală de curent nu poate fi utilizată în

asemenea cazuri .

Pentru protecțiile temporizate , condiția de selectivitate impune o valoare mai redusă a curentului de pornire , respectiv:

(III.25)

și asigurarea simultană a condițillor de selectivitate și sensibilitate conduce la relații necesare de forma :

(III.26)

pentru linii în cabluri, și

(III.27)

pentru linii aeriene.

Condițiile menționate limitează utilizarea protecțiilor maximale homopolare numai la linii care satisfac relațiile impuse raportului dintre curentul total de defect și curentul capacitiv al liniei . Acest raport se modifică în sens nefavorabil în cazul funcționării rețelei radiale cu o linie deconectată întrucât se micșorează valoarea Ipam .

b) Protecții direcționale homopolare

Protecțiile direcționale homopolare sunt specifice liniilor din rețelele buclate , dar sunt utilizate și pentru linii radiale , întrucât permit asigurarea unei sensibilități sporite și înlătură astfel dificulatățile expuse la protecțiile maximale homopolare.

Folosirea, protecțiilor direcționale homopolare se bazează pe modificarea defazajului dintre curentul homopolar și tensiunea homopolară, în cazul unui defect monofazat pe linia protejată și în cazul unui defect monofazat exterior.

Protecțiile direcționale homopolare ale liniilor împotriva punerilor la pământ monofazate se realizează cu relee direcționale, alimentarea bobinelor acestor relee este prezentată mai jos, bobina de tensiune este alimentată, cu o tensiune proporțională cu componenta de secvență homopolară a tensiunii , obținută de la secundarul în triunghi deschis al unui transformator de tensiune instalat pe bare , iar bobina de curent este alimentată de la FCSH montat pe lime — cu un curent proporțional cu componenta de secventă homopolară a curentului.

Figura III.11

La o punere la pământ monofazată pe linii din rețele cu neutru izolat curentul homopolar al liniei defecte este defazat în urmă cu 90º în raport cu tensiunea homopolară , în timp ce curentul homopolar pe liniile sănătoase având un sens convențional opus sensului curentului homopolar al liniei defecte fiind în opoziție de faze cu acesta, este defazat cu 90º înaintea tensiunii homopoalare .Datorită acestui fapt

pe liniile din rețelele cu neutrul izolat se folosesc relee direcționale care au cuplul de rotație:

(III.28)

aceste relee asigură o sensibilitate maximă, respectiv o valoare absolut maximă a cuplului Crot pentru valorile menționate anterior φ= 90º si

φ= -90º , semnul cuplului fiind opus în cele două cazuri , ceea ce asigură funcționarea selectivă la defecte pe linie și la defecte externe.

În rețelele cu neutrul compensat prin bobina de stingere nu poate avea loc o compensare perfectă , întrucât bobina de stingere are și o anumită rezistență , existând de asemenea pierderi active prin izolație ; ca urmare ,

în cazul unei puneri la pământ monofazate pe o linie , prin punctul de defect va circula un curent rezidual practic în faza cu tensiunea homopolară.

Datorită acestui fapt , în rețelele cu neutru izolat –spre deosebire de rețelele cu neutru izolat – se folosesc pentru protecția liniilor împotriva punerilor la pământ monofazate relee direcționale la care cuplul de rotație este :

(III.29)

deci valoarca cuplului este maximă pentru φ=0º.

c)Protecții sensibile la conținutul în armonici superioare în curentul homopolar

În cazul unei puneri la pământ , curentul de defect are un conținut important de armonici impare , datorită funcționării saturate a transformatoarelor din rețea și arcului electric din punctul defectului.

Ca și la protecțiile maximale de curent homopolar pe linia defectă are o valoare mai mare decât cea a curenților care circulă prin liniile sănătoase , rezultând din însumarea acestor curenți ; ca urmare , curenții de armonici superioare din linia defectă au valori mai mari decât curenții de armonici superioare din liniile sănătoase .

Pe baza acestui fapt au fost elaborate indicatoare selective de puneri la pământ(ISP) și relee de protecție selective împotriva punerilor la pământ(RPP) în rețele cu neutrul izolat sau compensat . Aceste aparate compară nivelul armonicilor superioare din curenții homopolari ai tuturor

liniilor, selectând linia defectă după conținutul cel mai ridicat de armonici superioare.

Din punctul de vedere al selectivității, aparatele menționate acționează corect în stațiile cu cel puțin trei linii radiale , dar din punctul de vedere al sensibilității acționează corect în rețelele în care curentul de punere la pământ al întregii rețele are cel puțin valoarea 15 A.

Indicatorul selectiv de puneri la pământ(ISP) este prevăzut cu un comutator cu 18 poziții manevrat manual , care permite alimentarea succesivă de la TSH sau FCSH instalate pe diferitele linii , selectarea liniei defecte rezultând prin indicația maximă a apratului de măsurat conectat la ieșirea filtrului de armonici superioare.

Releul de protecție selectivă împotriva punerilor la pământ (RPP) este format din cinci module , fiecare conținând un filtru de armonici superioare un element comparator de amplitudini, un amplificator și un releu de ieșire ; alimentarea RPP poate fi făcută de la TSH sau FCSH .

Fiind format din cinci module ,un RPP poate controla 5 linii. În cazul stațiilor cu mal multe linii se instalează mai multe relee RPP , conectate între ele în mod corespunzător.

d)Protecții de distanță

În rețelele complexe care au noduri cu alimentare din mai mult de două direcții , precum și în rețelele buclate cu mai multe surse de alimentare , selectivitatea nu mai poate fi asigurată numai pe baza direcționalizării și temporizării , cum era posibil pentru protecțiile temporizate din liniile cu alimentare bilaterală ; pe de altă parte în asemenea rețele nu mai sunt suficiente nici protecțiile rapide din categoria secționarilor, a căror selectivitate este obținută prin desensibilizarea în raport cu curentul de defect la capătul zonei și prin direcționalizare , întrucât acestea au zone moarte și nu asigură protecția de rezervă a elementelor vecine.

Protecția de distanță trebuie să cuprindă următoarele elemente principale:

elemente de pornire , care să sesiseze apariția unui defect în rețea ; de regulă elementele de pornire sunt relee de impedanță,sau mai rar relee de curent;

elemente de măsură a impedanței ,care trebuie să stabilească zona în care se găsește defectul, pentru a fi lichidat cu timpul corespunzător condițiilor de selctivitate;

elemente de timp care să asigure dependența ; ele sunt realizate cu relee electromagnetice cu elemente de ceasornicărie,cu un mic motor de curent continuu cu turațe constantă,care la anumite intervale de timp efectuează închiderea unor contacte sau sunt realizate ca elemente electonice;

elemente direcționale , necesare pentru selectivitate.

În cazul utilizării protecției de distanță împotriva scurtcircuitelor polifazate și monofazate, ea trebuie verificată atât la scurtcircuit între faze cât și la scurtcircuite monofazate . Această verificare este necesară întrucât în cele două cazuri releul măsoară impedanțe diferite pâna la locul defectului,datorită raportului diferit al curenților de secvențe homopolară și directă în zona defectă și în cea examinată.

Valoarea minimă a coeficientului de repartiție se calculează în felul următor: pentru dereglarea față de linia vecină coeficientul de repartiție sau ramnificație este dat de relația:

(III.30)

unde: I – este curentul de scurtcircuit pe linia proprie

I’- este curentul de scurtcircuit pe linia vecină,pe care se produce defectul

Iram- este curentul de scurtcircuit al sursei care produce supraalimentarea

Din relația de mai sus rezultă că valoarea minimă a coeficientului de ramnificație corespunde regimului în care curentul I are valoarea maximă , iar Iram are valoarea minimă. Regimul considerat trebuie să fie :

-impedanță minimă ,adică regim maximal pe partea de sistem care determină curentul I prin protectia considerată;

– impedanță minimă ,adică regim minimal în partea de sistem care produce supraalimentarea

Pentru dereglare față de tranformatoarele vecine trebuie considerată valoarea minimă a impedanței ztr ,ceea ce corespunde regimului în care toate transformatoarele stației sunt în funcțiune .

Porțiunea din linia vecină în care acțonează zona a II-a a protecției considerate este dată de relația:. Această porțiune este variabilă datorită variației coeficientului de ramnificație.

La protecțiile de distanță destinate a acționa și contra defectelor monofazate , impedanța măsurată de releu în cazul unui defect este :

. (III.31)

Dacă lina este deconectată la capătul opus protecției , întregul curent homopolar trece prin releu și . Expresia impedanței măasurate de releu devine

. (III.32)

Calculul ultimei zone de protecție se efectuează în funcție de tipul elementului de pornire. Pentru elementele de pornire realizate prin relee maximale de curent , reglajul releului se alege ca și pentru protecțiile maximale temporizate .

(III.33)

ksig=1.2; krev=0.85.

În cazul elementelor de pornire relizate cu releu de impedanță minimă ,reglajul protecției se alege în raport cu impedanța de sarcină minimă:

(III.34)

unde:

, (III.35)

Ksig=0.7.

Deci . Aceasta protecție este folosită de obicei în cazul liniilor de înaltă tentiune 110 kV – 220 kV

III.2.3.2 Protecția liniilor din retelele cu curenți mari de punere la pământ

În aceste rețele –care la noi în țară și în alte țări sunt rețelele de 110 kV și mai mult, datorită legării la pământ directe a neutrului –o punere la pământ reprezintă un scurtcircuit monofazat, curentul de defect fiind de același ordin de mărime cu cel de scurtcircuit trifazat.

De aceea toate liniile se prevăd cu protecții împotriva scurtcircuitelo rmonofazate , cu acționare la declansșre, realizate pe baza componentei de secvență homopolară a curentului. Dacă protecția maximală de curent ar fi realizată în varianta (a) , ea ar sesiza și scurtcircuitele monofazate . Nu se utilizează însă protecția maximală împotriva defectelor polifazate și în calitate de protecție împotriva defectelor monofazate –cea ce face ca nici varianta schemei din fig(a) să nu fie utilizată –deoarece acestă soluție ar avea două dezavantaje importante:

timpi de acționare mari deoarece temporizările sunt calculate în raport cu toate elementele începând de la ultimul consumator deci nu numai în raport cu cele legate galvanic de lilnia protejată cum este necesar în cazul protecțiilor împotriva scurtcircuitelor monofazate ;

sensibilitate relativ redusă , întrucât curentul de pornire este desensibilizat în raport cu curentul de sarcină maximă al liniei . De aceea liniile de 110kV și mai mult se prevăd cu protecții speciale împotriva scurtcircuitelor monofazate .

Când pe aceste linii sunt instalate protecții de distantă –cele mai răspândite protecții la tensiunile menționate –acestea asigură și protecția împotriva scurtcircuitelor monofazate, întrucât la noi în țară , ca și în multe alte țări , se utilizează protecții de distanță care acționează atât la scurtcircuitele monofazate cât și la cele polifazate .De aceea , o altă protecție împotriva scurtcircuitelor monofazate ar fi numai o protecție de rezervă.

La liniile radiale care nu sunt prevăzute cu protecții de distanță (linii terminale alimentând o stație de transformare de la care nu mai pleacă alte linii ), protecția împotriva scurtcircuitelor monofazate se realizează cu relee de curent alimentate cu componenta de secvență homopolară a curentului. Întrucât în rețelele considerate scurtcircuitele monofazate nu sunt alimentate numai din direcția surselor , ci și prin neutrele legate direct la pământ ale transformatoarelor dinspre consumatori , pentru selectivitate poate fi necesară direcționalizarea protecției , dacă la un scurtcircuit monofazat pe o linie vecină spre surse curentul de defect circulând prin neutrele legate la pământ ale tranformatoarelor din stația terminală și prin linia protejată are o valore superioară valorii de pornire a protecției instalată pe această linie împotriva defectelor monofazate și deci poate provoca acționări neselective; în caz contrar , nu este necesară direcționalizarea.

Protecțiile împotriva scurtcircuitelor monofazate pe liniile radiale care nu sunt prevăzute cu protecții de distanță se realizează ca secțioăari hompolare și ca protecții maximale homopolare.

Curentul de pornire Ipp1 al secționărilor homopolare netemporizate se determină cu relația:

Ipp1=Ksig Ipam calc K=Ksig 3Ih calc K (III.36)

unde: Ksig=1,2…1,3;

Ipam calc K=3Ih calc K este curentul în raport cu care se desnsibilizează protecția liniei, corespunzator unui defect în K, la capătul opus celui la care este instalată protecția în condițiile care conduc la valoarea maximă a acestui curent.

Pentru determinare valorii maxime Ih calc K , trebuie să se stabilească dacă aceasta apare la un scurtcircuit monofazat sau la un scurtcircuit bifazat la pământ.

În cazul unui scurtcircuit monofazat rezultă:

(III.37)

considerând cu aproximație rezultă:

(III.38)

În cazul unui scurtcircuit bifazat la pământ se poate arata că:

. (III.39)

Deci , ceea ce arată că dacă la schemele de calcul ale impedantelor directe și homopolare, transfigurate și reduse în raport cu punctul de defect K; a rezultat

(III.40)

iar în relația de calcul a Ipp1 trebuie considerat Ipam calc K la un scurtcicuit bifazat la pământ în K.

În cazul când a rezultat: (III.41)

atunci se ia valoarea Ipam calc K corespunzatoare unui scurtcircuit monofazat în K.

Dacă secționarea homopolară netemporizată nu este direcționalizată , trebuie verificată desensibilizarea curentului de pornire al secționării netemporizate și în raport cu curentul care circulă prin linia protejată în sens invers, la defecte la pământ pe o linie vecină spre surse.

Dacă linia protejată alimentează transformatoare atunci trebuie verificată desensibilizarea curentului de pornire al secționării rapide homopolare în raport cu curentul de șoc de magnetizare.

Curentul de pornire Ipp1 al secționărilor homopolare temporizate se desensibilizează în raport cu curentul de pornire al secționării homopolare rapidede pe linia următoare spre consumatori.

Pentru protecția maximală homopolară curentul de pornire se determină din condiția desensibilizării în raport cu curentul de dezechilibru raportat la primar Idez stat p al FSH în cazul unui scurtcircuit exterior trifazat , cu o relație de forma :

Ipp1=KsigKaper Idez stat p (III.42 )

unde: Ksig=1.25;

Kaper=1…2 în funcție de temporizarea protecției maximale și de prezența sau absența accelerării acesteia după acționarea dispozitivului de RAR.

În practică rezultă pentru curentul de pornire al protecției o valoare cuprinsă între 40% și 60% din curentul nominal al liniei protejate.

Temporizarea protecției maximale homopolare se stabilește în trepte crescătoare dinspre consumatori spre sursă , însă considerând numai elementele legate galvanic de linia protejată ,întrucât protecția nu acționează la defecte monofazate în rețelele cuplate magnetic cu linia . Datorită acestui fapt , temporizarea protecției maximale homopolare rezultă sensibil mai mică decât a protecției maximale de curent a aceleiași linii împotriva scurtcircuitelor între faze.

III.2.3 Protecții diferențiale longitudinale ale liniilor electrice

Lichidarea selectivă și totodată rapidă defectelor de pe liniile din rețelele complexe se poate obține nu numai prin protecția de distanța, ci și prin protecții diferențiale longitudinale, care compară sensurile curenților(considerate convențional)de la cele doua capete ale zonei protejate.Această comparare necesită fie conductoare auxiliare de legatura între protecțiile de la cele doua capete ale liniei, fie realizarea unei legături între aceste protecții prin intermediul curenților de înalta frecventa.

Din considerente economice prima soluție este indicată la linii de lungimi relativ mici (până la maximum 20 km) și deci de tensiuni până la 35 kV, iar a doua soluție este indicată pentru linii de lungimi mari (peste 20 km) și deci de tensiuni de la 110 kV în sus.

De asemenea, lichidarea selectivă și rapidă a defectelor se poate obtine în rețelele complexe și prin protecții în care compararea sensului(convențional) de circulatie al curenților de la cele doua capete ale liniei se efectuează nu pe baza principiului diferential , ci pe baza principiului directional; aceste protectii necesită o legatură prin conductoare auxiliare sau prin curenți de înaltă frecvența-între protecțiile de la cele două capete ale liniei.

De fapt, atât protecțiile diferențiale, cât și cele comparative, efectuează în fond compararea fazei cureților de la capetele zonei protejate,această comparare fiind însa realizată prin metode și scheme diferite.În acest sens protecțiile diferențiale ar putea fi denumite protecții comparative.

Scheme cu circulația curenților

În realizarea obișnuită a schemei cu circulatia curenților- ca la generatoare, transformatoare, blocuri generator-transformator – protecția diferențială longitudinală se poate utiliza numai în cazul liniilor foarte scurte, de maximum câteva sute de metri, cum sunt de exemplu liniile de alimentare a serviciilor interne din centrele electrice.Schema simplificată (pentru o singura fază)a unei asemenea protecții este reprezentată în figura de mai jos:circuitul diferențial se întinde pe întreaga lungime a liniei, iar releul intermediar comandă declanșarea întreruptoarelor de la ambele capete.

Figura III.12 Protecția diferențială

De-a lungul liniei protejate trebuie deci instalate patru conductoare auxiliare pentru realizarea circuitului diferențial și două conductoare auxiliare pentru transmiterea comenzii de declanșare la capătul opus celui la care este instalat releul intermediar.

În cazul liniilor de lungime mai mare decât cea menționată rezistența conductoarelor auxiliare din circuitul diferențial crește mult, ceea ce conduce la două dificultați:

a) poate fi depașita impedanța maximă admisă în secundarul transformatoarelor de curent din considerentul limitării erorii la valoarea de 10%, rezultând astfel erori mai mari și deci curenți mari de dezechilibru;

b)diferența dintre impedanța celor două bucle ale circuitului diferențial( bucla TC1-releu 1 și bucla TC2 –releu 1) crește cu lungimea liniei, ca urmare crescând și curenții de dezechilibru.Creșterea curenților de dezechilibru, din cele două cauze mentionate, conduce la micșorarea sensibilității și la imposibilitatea obținerii coeficientului de sensibilitate necesar, chiar dacă se folosesc TSR și relee cu bobine de frane.

A doua dificultate poate fi înlăturată prin montarea unui număr dublu de relee, conectate conform schemei simplificate ( pentru o singură fază)din figura urmatoare; datorită simetriei, impedanțele celor doua bucle ale circuitului diferențial devin egale.Sunt necesare în plus înca trei conductoare auxiliare-câte unul pentru fiecare fază-instalate de-a lungul liniei, însa nu mai sunt necesare cele două conductoare auxiliare pentru transmiterea comenzii de declanșare, întrucât sunt prevazute relee( de curent și intermediare)la ambele capete ale liniei.

Figura III.13

Pentru înlăturarea primei dificultăți menționate, este necesară micșorarea conductoarelor auxiliare care realizează circuitul diferențial( micșorarea sensibilă a acestei rezistențe conducând implicit și la eliminarea celei de a doua dificultăți,ceea ce face ca montajul din figura III.13 să nu mai fie necesar).

Micșorarea rezistenței conductoarelor auxiliare ar putea fi obținută prin marirea secțiunii lor, însă o asemenea solutie ar fi cu totul neeconomica,rezultând secțiuni foarte mari.De aceea,reducerea impedanței din secundarul transformatoarelor de curent se obtine prin instalarea unor transformatoare suplimentare de curent TS – conform schemei simplificate( pentru o sigură fază)– care reduce mult curenții și deci micșoreaza în mod corespunzator (cu pătratul raportului de transformare al transformatoarelor TS) sarcina pe care conductoarele auxiliare o determină pentru secundarele transformatoarelor TC1 si TC2.

Figura III.14

Datorită micșorării considerabile a impedanței, este înlăturată și a doua dificultate menționată anterior și ca urmare nu mai este necesară soluția din figura b , cele două grupuri de relee de curent 1 si 2 fiind montate la cele două capete ale liniei în paralel cu circuitele diferențiale(figura III.14); sunt astfel necesare în total patru conductoare auxiliare de-a lungul liniei, pentru realizarea circuitelor diferențiale( câte un conductor pentru fiecare fază și un conductor comun de întoarcere).Din considerente economice, pentru a se reduce la numai două numărul conductoarelor auxiliare, unele protecții diferențiale longitudinale produse și utilizate pentru linii conțin filtre combinate de componente simetrice, care sunt alimentate de transformatoarele de curent cu curenții celor trei faze și debitează la ieșire o tensiune proporțională cu o funcție liniară de componentele simetrice Id, Ii , Ih, ale curenților.

În figura III.15 este reprezentată trifilar schema simplificată a unei protecții diferențiale longitudinale din această categorie.

Tensiunea de ieșire U F a filtrelor combinate 1(identice pentru cele două capete ale liniei protejate) are expresia :

(III.43)

În regim normal de funcționare sau la scurtcircuite exterioare curenții de la cele două capete ale liniei protejate sunt identici.

; ; (III.44)

și ca urmare- cele doua filtre combinate 1 fiind identice- vor rezulta(teoretic) tensiuni identice UF la ieșirea filtrelor.Datorită acestui fapt, curentul prin bobinele de lucru BL( legate în derivație în circuitul diferențial) ale releelor cu bobine de frânare 3 trebuie să fie teoretic nul, în practică prin aceste bobine circulând curentul de dezechilibru, datorat erorilor transformatoarelor de curent și ale filtrelor.

În cazul unui scurtcircuit (monofazat sau polifazat) pe linia protejată, egalitățile de mai sus nu mai au loc, tensiunile de ieșire ale celor două filtre vor fi diferite și prin bobinele de lucru BL vor circula curenți importanți ,provocând acționarea releelor 3.Acestea sunt relee polarizate cu bobine de frânare BF legate în serie cu circuitul bobinelor de lucru și de frânare făcându-se prin intermediul punților de redresare P1,P2,P3,P4.

Sunt folosite relee polarizate cu bobine de frânare pentru mărirea sensibilității protecției;în același scop sunt utilizate și transformatoarele cu saturație rapidă 2, care sunt prevăzute cu mai multe borne pentru reglajul valorii curentului de pornire. Protecția mai cuprinde dispozitive de control al stării conductoarelor auxiliare, care nu sunt reprezentate în figura 4; aceste dispozitive blochează protecția în cazul apariției unor defecte(întreruperi, scurtcircuite) în circuitul conductoarelor auxiliare, pentru a împiedica acționări greșite.

În alte variante ale protecției se folosesc filtre combinate la care tensiunea de ieșire are expresia:

(III.45)

prezența componentei de secvență inversă Ii mărind sensibilitatea protecției în raport cu scurtcircuitele bifazate.

Figura III.15

.

Scheme cu echilibrarea tensiunilor

Pe lângă schemele cu circulația curenților , pentru protecția diferentială longitudinală a liniilor se folosesc și scheme cu echilibrarea tensiunilor, al căror principiu de realizare și funcționare este ilustrat în figura III.16; circuitul diferențial se realizează legând bornele secundarelor transformatoarelor de curent TC1 și TC2 în mod diferit de cel din cazul schemelor cu circulația curenților , iar releele se conectează în serie cu circuitul diferențial.

În regim normal de funcționare sau la scurtcircuite exterioare, t.e.m de la bornele secundarelor transformatoarelor de curent sunt egale și în opoziție și deci prin circuitul diferențial și prin relee teoretic nu circulă curent( practic circulând un curent de dezechilibru), protecția găsindu-se în repaus.La un defect pe linia protejată, datorită schimbării sensului convențional al curentului de la unul din capete, cele două t.e.m devin aproximativ în fază și prin circuitul diferențial și relee circulă un curent important, care provoacă acționarea protecției.

Rezistențele R sunt necesare pentru că în absența lor transformatoarele TC1 și TC2 în regim normal al liniei – când prin circuitul diferențial și prin secundarele transformatoarelor nu circulă curent- ar funcționa în gol, ceea ce nu este permis; principiul de funcționare al schemei rămâne același, în locul celor două t.e.m, circuitul diferențial aplicându-i-se căderile de tensiune de la bornele rezistențelor R.

În forma reprezentată ( pentru o singură fază) în fig.e protecțiile diferențiale cu echilibrarea tensiunilor se folosesc numai pentru linii foarte scurte.

Figura III.16

Pentru linii mai lungi, se prevăd filtre combinate, transformatoare suplimentare

de curent și relee cu bobine de frânare, ca și la protecția diferențială realizată în schema cu circulația curenților; spre deosebire de acestea, bobinele de lucru ale releelor in serie cu circuitul diferențial, conform principiului de funcționare ilustrat în figura III.14, iar bobinele de frânare se conectează în derivație in circuitul diferențial.

Protecțiile diferențiale longitudinale ale liniilor- în varianta cu circulația curenților sau cu echilibrarea tensiunilor- au avantajul ca sunt rapide (pentru defecte din orice punct al liniei protejate) și sensibile, iar dejavantajul lor constă în necesitatea conductoarelor auxiliare , care conduc la un cost ridicat; ele se folosesc la linii până la circa 20 km lungime, întrucât la lungimi mai mari costul conductoarelor auxiliare devine foarte mare.