Protectia de Distanta

PROTECTIA de DISTANTA

CUPRINS

INTRODUCERE

Obiectivele sistemelor de protecție

Sistemele de protecție sunt ansamble de dispozitive automate simple sau complexe, realizate de regulă cu relee de comutație dinamică sau statică, sau cu sisteme de calcul, instalate pe echipamentele sistemelor energetice, cum sunt:

generatoare

transformatoare

bare colectoare

linii, etc.

cu rolul de a supraveghea funcționarea acastora.

În cazul depășirii peste anumite limite a parametrilor ce caracterizează regimul normal de funcționare al acestora, instalațiile de protecție intervin în mod obiectiv, activ,izolând echipamentul în care a apărut defectul de restul instalațiilor sistemului energetic dacă este pusă în pericol integritatea echipamentului sau funcționarea normală a sistemului energetic.

De regulă izolarea se realizează prin deconectarea întrerupătoarelor prin care echipamentul se conectează la sistemul energetic. În cazul în care modificarea parametrilor în raport cu valorile normale nu pune în pericol iminent echipamentul protejat sau sistemul energetic, instalațiile de protecție vor semnaliza regimul anormal de funcționare.

În cazul în care instalațiile de protecție nu-și îndeplinesc funcțiile, defectele și regimurile anormale se pot transforma în avarii, adică sistemul energetic va funcționa în așa fel încât nu mai poate asgura alimentarea cu energie electrică a consumatorilor nici măcar la limita inferioară a parametrilor ce caracterizează calitatea energiei electrice.

Separarea automată a echipamentului defect de restul elementelor sistemului energetic urmărește trei obiective principale:

Să împiedice dezvoltarea defectului, respectiv extinderea acestuia asupra altor instalații din sistemul energetic și o eventuală transformare în avarie de sistem.

Să restabilească un regim normal de funcționare pentru sistemul energetic, asgurând continuitatea în alimentare a consumatorilor în condiții de calitate a energiei cât mai bune.

Să limiteze deteriorarea prin efecte termice și electrodinamice ale curentului de scurtcircuit a echipamentelor în care s-aprodus defectul. Aceste deteriorări pot avea consecințe economice deosebit de grave datorită costilui ridicat al acestora,precum și a timpilor de indisponibilitate a echipamentelor avariate.

Instalațiile de protecție contribuie la asigurarea următoarelor cerințe de exploatare ale sistemului energetic:

continuitate și siguranță în exploatare;

calitate ridicată a energiei electrice furnizate;

integritatea echipamentelor componente ale sistemului energetic.

1.2. Performanțe impuse protecției sistemelor electrice

Datorită complexității problemelor pe care trebuie să le rezolve instalațiile de protecție, acestora li se impun o serie de condiții, dintre cele mai importante sunt:, rapiditate, selectivitate, sensibilitate și siguranță în funcționare.

1.2.1. Selectivitatea

Prin selectivitatea unei instalații de protecție se înțelege capacitatea acesteia de a deconecta de restul sistemului energetic numai și numai echipamentul în care a apărut defectul, prin intermediul celor mai apropiate intrerupătoare. În cazul în care, din anumite motive acest lucru nu se poate realiza, instalația de protecție trebuie să izoleze defectul prin deconectarea intrerupătoarelor imediat urmatoare, astfel încât să fie deconectați cât mai puțini consumatori.

Fig. 1.1. Schema zonelor protejate într-un Sistem Electroenergetic

Realizarea condiției de selectivitate impune instalației de protecție următoarele:

să acționeze la defecte în echipamentul protejat;

să nu acționeze la defecte pe elementele vecine, lăsând posibilitatea lichidării defectului de către protecțiile acestora, dar fiind pregătit să intervină dacă defectul nu a fost lichidat.

1.2.2. Sensibilitatea

Prin sensibilitatea unei instalații de protecție se înțelege capacitatea acelei protecții de a acționa la toate defectele pentru care a fost prevăzută, indiferent de valorile mărimilor electrice supraveghete cu ajutorulcărora se determină momentul apariției defectului.

Problema sensibilității unei instalații de protecție se pune domeniul mărimilor, situat în vecinătatea regimului normal de funcționare a elementului protejat.

Sensibilitatea unei instalații de protecție se evaluează cu ajutorul coeficientului de sensibilitate.

Coeficientul de sensibilitate depinde de:

valoarea minimă a curentului de scurtcircuit calculat Isc.min.c ,

valoarea curentului de pornire a protecției Ipp .

(1.1.)

Datorită neglijării componentelor active ale impedanțelor buclelor de scurtcircuit, valoarea curentului de scurtcircuit real Isc.min.r. din echipamentul protejat este mai mică decât cea determinată prin calcul:

(1.2.)

Protecția de curent trebuie să acționeze și la valoarea minimă a curentului de scurtcircuit, adică:

(1.3.)

Din relațiile anterioare rezultă relația coeficientului de sensibilitate.

(1.4.)

Rezultă că valoarea coeficientului de sensibilitate este întotdeauna supraunitară. Din acest motiv în cazul protecției maximale de curent, creșterea sensibilității se obține prin:

blocaj de minimă tensiune;

filtre de componente simetrice.

În cazul protecției diferențiale creșterea sensibilității se obține prin:

utilizarea transformatoarelor cu saturație rapidă;

folosirea releelor diferențiale cu frânare.

1.2.3. Rapiditatea

Este una din condițiile cele mai importante pe care trebuie să le îndeplinească instalația de protecție, în primul rând cele care echipează echipamente de tensiuni înalte și foarte înalte.

Această condiție este determinată de implicațiile și consecințele pe care le are deconectarea cu întârziere a echipamentului în care s-a produs defectul, atât asupra acestuia cât și asupra funcționării sistemului energetic.

Dintre aceste consecințe menționez:

Pericolul pierderii stabilității de funcționare în paralel a generatoarelor sincrone în timpul scurtcircuitelor, aceasta constituie cea mai periculoasă avarie din sistemul energetic. Dacă scurtcircuitul este lichidat într-un timp suficient de mic, pericolul ieșirii din sincronism a generatoarelor sincrone se reduce cu atât mai mult cu cât timpul de deconectare este mai redus.

Fig. 1.2. Schema de conectare a unui generator sincron la sistemul energetic, prin două linii paralele

În cazul scurtcircuitelor, are loc descărcarea de putere activă a generatoarelor sincrone în funcție de tipul defectului și de distanța de la generator la defect. Ca urmare crește viteza motoarelor primare și valoarea unghiului intern δ. Dacă defectul este lichidat într-un timp suficient de scurt, pericolul ieșirii din sincronism a generatoarelor sincrone se reduce și timpul de deconectare este mai redus.

Influența timpului de lichidare al scurtcircuitelor asupra stabilității dinamice a sistemului electroenergetic rezultă din analiza caracteristicilor corespunzăto- are cazului unui generator sincron conectat la sistemul electroenergetic.

Caracteristicile din fig. 1.3. corespund următoarelor situații:

Fig.1.3. Caracteristica

unde:

caracteristica 1 – regimul normal de funcționare;

caracteristica 2 – regim de scurtcircuit în K;

caracteristica 3 – regim normal după deconectarea liniei de către protecție.

Tensiunea de alimentare a consumatorilor din zonă se reduce pe durata scurtcircuitului. La un scurtcircuit pe linia L, fig. 1.4., tensiunea remanentă pe barele centralei , fig. 1.5., în acest caz se reduc cuplurile motoarelor asincrone , iar turația scade. Dacă scurtcircuitul este lichidat într-un timp scurt, durata menținerii unei tensiuni scăzute pe bare este de asemenea mică, iar micșorarea turației motoarelor asincrone nu este pronunțată. Restabilirea tensiunii după lichidarea defectului într-un timp scurt îmbunătățește posibilitatea revenirii la o funcționare normală a motoarelor asincrone. În caz contrar este posibil ca autopornirea să nu mai poată avea loc și motoarele să se oprească.

Echipamentele energetice parcurse de curenți de scurtcircuit, precum și elementul în care a apărut defectul sunt afectate prin efectele termice și electrodinamice ale curenților, precum și de către arcul electric de la locul defectului în funcție de timpul eliminării acestuia.

Fig.1.4. Schema electrică a unei centrale electrice

Timpul total de lichidare al unui defect tt este compus din timpul de acționare a protecției tIP și timpul propriu de deconectare a întrerupătorului tDI.

Timpul propriu de deconectare a întrerupătorului tDI depinde de tipul întrerupătorului, iar la întrerupătoarele moderne, acesta este .

(1.5.)

Fig.1.5. Variația în cazul unui scurtcircuit pe linia L

1.2.4. Siguranța

Prin siguranță se înțelege capacitatea protecției de a acționa întotdeauna corect, numai și numai atunci când sunt îndeplinite condițiile de acționare și niciodată în lipsa acestor condiții.

1.3. Principiul de funcționare a instalației de protecție

Din mulțimea valorilor posibile ale mărimilor electrice ce caracterizează funcționarea elementelor protejate, instalațiile de protecție trebuie să selecteze submulțimi caracteristice regimurilor anormale sau de defect și să eleboreze, în baza unui algoritm logic, comenzi de semnalizare sau de declanșare.

Regimul de funcționare al elementului protejat este supravegheat de instalația de protecție, care trebuie să conțină asemenea elemente încât să poată deosebi funcționarea în regim normal, anormal sau de defect. Instalația de protecție trebuie să stabilească cu precizie dacă defectul este în elementul protejat sau în afara lui. În cazul defectului intern, instalația de protecție trebuie să comande declanșarea întrerupătoarelor,iar în cazul defectului extern, nu trebuie să acționeze decât în cazul în care defectul nu a fost lichidat de către instalația de protecție a acelui element vecin.

Pentru a putea îndeplini aceste funcții, instalația de protecție primește în continuu informații referitoare la regimul de funcționare a elementului protejat cu ajutorul transformatoarelor de măsură (TT și TC).

În afară de TT și TC , instalația de protecție mai cuprinde următoarele subansamble de bază:

Blocul de intrare, sau blocul elementelor de măsură, care prelucrează datele primite de la TT și TC ,rezultatul acestei prelucrări fiind transmis blocului următor.

Prelucrarea în blocul de intrare constă în:

eliminarea semnalelor parazite, a zgomotelor,a armonicelor prin filtrare

adaptarea nivelului semnalului la nivelul cerut de blocul de prelucrare și decizie, prin amplificare sau atenuarea mărimilor

obținerea componentelor simitrice: inversă și homopolară ale curenților și tensiunilor pentru protecția împotrva defectelor nesimetrice.

Blocul de prelucrare și decizie , numit și bloc principal al instalației de protecție, primește mărimile de ieșire din blocul de intrare și le prelucrează după un algoritm mai simplu sau mai complicat în funcție de gradul de complexitate al instalației de protecție. În urma acestei prelucrări se stabilește cu precizie momentul apariției unui defect, se localizează elementul protejat în care s-a produs evenimentul și se adoptă strategia de eliminare a acestuia în funcție de poziția sa.

Determinarea momentului apariției și localizarea evenimentului este rezultatul a două categorii de operații efectuate și anume:

controlul amplitudinii și/sau defazajului, analogic;

operații cu caracter logic.

Blocul de execuție primește comenzi de la blocul de prelucrare și decizie , le transmite bobinei de declanșare a întrerupătorului și semnalizează transmiterea comenzii de declanșare sau apariția unui regim anormal.

Protecțiile echipamentelor electroenergetice

Protecțiile echipamentelor electroenergetice se împart în:

protecții de bază;

protecții de rezervă;

protecții auxiliare.

Toate echipamentele protejate importante din sistemul energetic sunt prevăzute cu instalații de protecție specializate împotriva tuturor tipurilor de defecte și regimuri anormale posibile posibile. Aceste protecții, care sesizează în cele mai bune condiții de : sensibilitate, selectivitate,rapiditate și siguranță un anumit tip de defect se numesc : protecții de bază și le revine principala responsabilitate în deconectarea elementului protejat.

În condiți reale de funcționare apar situații când protecția de bază nu reușește să lichideze defectul datorită unor cauze obiective cum sunt:

funcționarea necorespunzătoare a protecției;

refuzul întrerupătorului de a executa comanda de declanșare.

În aceste condiții, defectul continuă să fie alimentat, iar consecințele se amplifică. Pentru a preveni asemenea situații, pe lângă protecția de bază se prevede și o protecție de rezervă, care acționează numai atunci când protecția de bază nu a lichidat defectul.

Protecția de rezervă poate fi:

protecția de rezervă locală, realizată prin instalarea unei protecții suplimentare pe același element și care trebuie să îndeplinească următoarele condiții:

este realizată pe un alt principiu de funcționare decât protecția de bază;

este conectată la alte înfășurări ale TT și TC, prin alte circuite secundare;

este alimentată din alte surse de tensiune operativă decât protecția de bază.

Protecția de rezervă locală este ineficientă în cazul blocării întrerupătorului și acționează cu o anumită temporizare față de protecția de bază.

protecția de rezervă de la distanță este realizată prin protecțiile elementelor vecine celui în care a apărut defectul și care intervine, cu o oarecare temporizare, numai în cazul în care protecția de bază a acelui element nu a lichidat defectul. Această protecție este eficientă și în cazul blocări unui întrerupător.

2. Defecte în instalații electroenergetice

Defectele care apar în instalațiile electrice sunt foarte complexe, atât ca desfășurare, cât și din punctul de vedere al efectelor pe care le pot produce. Deși este posibilă o împărțire a defectelor după cauza și după natura lor, în practică este greu de distins cărei categorii îi aparține defectul care a avut loc, dat fiind că cel mai adesea apar defecte combinate și nu se poate ști care a fost cauza și care efectul. Trebuie adăugat, de asemenea, că întâmplarea joacă, adesea, un rol important în evoluția defectului.

În clasificarea defectelor din instalațiile electrice, după natura lor, trebuie menționate în primul rând cele care constau în deteriorarea (străpungerea sau conturarea) izolației. Marea majoritate a defectelor reprezintă o formă sau alta de deteriorare a izolației, fie că aceasta este constituită din materiale izolante special prevăzute, fie că este reprezentată de mediul izolant natural (aerul), deteriorarea constând în acest caz în anularea calităților izolante ale spațiului de aer. Diferitele forme sub care se manifestă acest defect general sunt: scurtcircuitele monofazate, bifazate sau trifazate și punerile la pământ simple sau duble, fiecare dintre aceste genuri de defecte având caractere și manifestări deosebite, după natura rețelei electrice în care survin.

2.1. Scurtcircuitul

Este cel mai grav defect, el se poate produce între trei faze, între două faze sau între o fază și pământ (în rețelele cu punctul neutru legat la pământ). Străpungerea sau conturnarea izolației creează, pentru curent, un drum de rezistentă în general mică, mult mai mică decât a consumatorilor, ceea ce duce la creșterea deosebită a curentului, care devine astfel un "curent de scurtcircuit" .

Curentul de scurtcircuit, având o valoare mare, provoacă o creștere a căderii de tensiune în generatoare și în toate impedanțele pe care le parcurge, ducând în felul acesta la o scădere generală a tensiunii în rețea, cu efecte dăunătoare asupra consumatorilor și asupra funcționarii în paralel a centralelor (generatoarelor). La locul scurtcircuitului tensiunea poate deveni nulă și consumatorii aflați în apropiere sau în aval rămân nealimentați.

Pe lângă aceste neajunsuri în funcționarea consumatorilor, curentul de scurtcircuit provoacă și deteriorări în instalații, care pot fi foarte grave, datorită acțiunii sale dinamice și termice. Eforturile electrodinamice produse de curenții de scurtcircuit pot provoca îndoirea și ruperea barelor, smulgerea bobinelor, desprinderea pieselor, deschiderea intempestivă a separatoarelor etc. Căldura foarte mare dezvoltată de curentul de scurtcircuit poate provoca topirea și chiar vaporizarea materialelor, dilatări și desprinderi de piese etc.

În general, scurtcircuitul apare sub două forme:

scurtcircuit net (atingerea directă între faze) ;

scurtcircuit prin arc.

Arcul electric este foarte mobil și poate sari de la o fază la alta, extinzând astfel defectul. De asemenea, el poate sari la aparatele din jur, producând deteriorări importante.

Scurtcircuitele care apar în mașini și aparate au la bază tot deteriorarea izolației, dar au și unele forme speciale.

Astfel:

scurtcircuitul între faze poate avea loc între înfășurări sau la bornele aparatului;

scurtcircuitul monofazat apare prin deteriorarea izolației unei faze fată de corpul aparatului legat la pământ.

În mașinile și aparatele mari, cu înfășurări, apare un tip special de scurtcircuit, și anume scurtcircuitul între spirele aceleiași faze (deteriorarea izolației între spire). În sfârșit, trebuie menționat un defect care apare în mașini, tot pe baza deteriorării izolației și anume scurcircuitarea tolelor magnetice prin defectarea izolației dintre acestea, ceea ce provoacă creșterea importantă a curenților din miezul de fier putând duce la arderea acestuia.

Punerea la pământ

Este un defect des întâlnit în instalațiile electrice, și care constă tot în deteriorarea izolației. Într-o rețea cu punctul neutru izolat, punerea la pământ a unei faze nu constituie, prin ea însăși, un defect, neconducând la perturbări importante ale funcționarii. Ea este însă, de cele mai multe ori doar începutul unui defect mai grav, căci degenerează un scurtcircuit cu urmările cunoscute. De aceea, apariția punerii la pământ trebuie cunoscută, pentru a se lua masurile necesare de îndepărtare a acestei stări anormale. În afară de aceasta, punerea la pământ produce totuși unele mici perturbări care, deși nepericuloase, nu sunt de dorit. Curentul de punere la pământ poate duce la o încărcare nesimetrică a generatoarelor, încărcarea fiind capacitivă poate provoca ridicări de tensiune care în anumite condiții devin periculoase. De asemenea, circulația unui curent prin pământ poate provoca perturbări în liniile electrice din apropierea celei defecte, în special în cele de telecomunicații, prin inducerea unor tensiuni ce pot atinge valori periculoase.

Ca și scurtcircuitul, punerea la pământ poate fi netă sau prin arc. Arcul poate sării la alte faze, transformând punerea la pământ în scurtcircuit. Deosebit de periculos este arcul intermitent, care constă în stingerea și reaprinderea repetată a arcului de punere la pământ, stingerea producându-se în momentele de trecere a curentului prin valoarea zero, iar reaprinderea în momentele când tensiunea alternativă atinge valori suficient de mari pentru reamorsarea arcului în mediul încă ionizat.

Arcul intermitent poate produce, în rețea, supratensiuni care ating valori de aproximativ 3 U fază. De altfel, chiar în cazul unei puneri la pământ nete, într-o rețea cu punctul neutru izolat, faza defectă capătă potențialul pământului, iar tensiunea față de pământ, a fazelor sănătoase (care, în funcționare normală este egală cu tensiunea pe fază) crește de ori, devenind egală cu tensiunea între ele și faza defectă.

Supratensionarea rețelei, în condițiile existentei unei puneri la pământ, poate provoca apariția unei a doua puneri la pământ pe o altă fază, defect cunoscut sub numele de dubla punere la pământ, care este echivalentă cu un scurtcircuit bifazat prin rezistență (rezistența traseului prin pământ). Această dublă punere la pământ poate avea loc pe fazele aceleiași linii sau a două linii diferite, ceea ce complică defectul și mărește consecințele lui neplăcute.

Punerea la pământ a unei faze, într-o rețea cu punctul neutru legat la pământ, este, de fapt, un scurtcircuit monofazat.

A doua categorie de defecte care apar în instalațiile electrice, în afara celor menționate până acum, care aveau toate la bază deteriorarea izolației, o constituie întreruperile conductoarelor (nu numai ruperile propriu-zise de conductoare, ci și arderea unei siguranțe pe o fază, deschiderea unui separator pe o singură fază etc.). Acest gen de defecte duce la încărcări nesimetrice și prin aceasta produce neajunsuri, este însă rar și, cel mai adesea, însoțit de scurtcircuite sau puneri la pământ (de exemplu, în cazul ruperi conductoarelor unei linii aeriene LEA).

Analizând cauzele care provoacă toate aceste genuri de defecte în instalațiile, electrice, trebuie observat că ele constau, în primul rând, în depășirea rezistenței materialelor respective la solicitări mecanice, termice și, mai ales, electrice. Această depășire se poate produce, în primul rând, datorită unor condiții speciale, adesea exterioare instalațiilor, cum sunt descărcările atmosferice, care duc la supratensiuni electrice foarte mari, vânturile puternice și chiciura, care solicită în mod deosebit conductoarele și stâlpii liniilor electrice aeriene.

În al doilea rând, cauza defectelor poate consta în scăderea rezistentei materialelor sub valoarea normală, datorită fie uzurii și îmbătrânirii (în special pentru izolația electrică), fie acțiunii unor factori externi (substanțe chimice, umezeală, murdărie etc.).

În sfârșit, trebuie citate drept cauze destul de frecvențe ale defectelor greșelile personalului de exploatare, care prin conectări greșite, introducerea unor corpuri străine în instalații, manevre insuficient pregătite, pot duce la creșteri foarte mari ale solicitărilor instalațiilor (sunt cunoscute defectele produse de sincronizările greșite sau de starea murdară a izolației, care favorizează conturnarile).

Frecvența diferitelor feluri de defecte este legată de tipul instalației respective. Studierea pe bază statistică a acestei probleme face posibilă îmbunătățirea proiectării și a exploatării. În fiecare țară și în diversele foruri internaționale de specialitate, se acordă o atenție deosebită statisticii defectelor.

Pe baza statisticilor, rezultă că instalațiile cele mai mult supuse defectelor sunt liniile electrice aeriene (ceea ce este și normal, datorită întinderii lor mari), urmate, în ordine, de liniile subterane, stațiile de transformare și generatoare.

Construcția instalațiilor are o influență hotărâtoare asupra frecvenței și tipurilor de defecte. Astfel, în rețelele cu punctul neutru legat la pământ nu pot avea loc duble puneri la pământ, pe când în rețelele cu punctul neutru izolat acestea sunt foarte frecvențe. De asemenea, la liniile pe stâlpi de lemn punerile la pământ simple sau duble sunt mai rare decât scurtcircuitele, în timp ce la liniile pe stâlpi metalici raportul este invers. Ca urmare a faptului că în rețelele cu punctul neutru legat la pământ fiecare punere la pământ constituie un defect, raportul dintre numărul declanșărilor care au loc în rețelele cu punctul neutru izolat și în cele cu punctul neutru legat la pământ este de 4/7.

Repartizarea procentuală a diferitelor genuri de defecte (exclusiv ruperile pure de conductoare, care, în general, sunt rare), este aproximativ următoarea:

scurtcircuite monofazate: ……………………………………………………..65%;

scurtcircuite bifazate cu punere la pământ și dublă punere la pământ: ….20%;

scurtcircuite bifazate fără punere la pământ: …………………………..….10%;

scurtcircuite trifazate:…………………………………………………………… 5%.

Frecvența defectelor depinde, de asemenea, în mare măsură, de anotimp. Astfel, majoritatea defectelor au loc în lunile de vară bântuite de descărcări atmosferice și în al doilea rând în perioadele de iarnă, cu schimbări bruște de temperatură, când se formează chiciura.

În sistemele energetice, în afara defectelor propriu-zise, pot surveni abateri de la regimul normal de funcționare, care produc de asemenea perturbări și pagube. Acestea constau în abateri ale parametrilor de funcționare (tensiune, curent, frecvență) de la valorile lor nominale.

Regimul anormal cel mai des întâlnit, este cel de suprasarcină. Acesta constă într-o creștere a curentului peste valorile nominale și poate fi provocat fie de creșterea neașteptată a sarcinii, fie de scăderea, din diferite motive, a puterii surselor generatoare.

Suprasarcina este un regim inadmisibil de funcționare de durată, în primul rând pentru că provoacă solicitări (în special termice) ale instalațiilor, care contribuie la uzura acestora, ducând până la urmă la apariția unor defecte propriu-zise. În al doilea rând, trecerea prin instalații a unor curenți care depășesc valorile normale produce scăderi pronunțate ale tensiunii, ceea ce are ca efect absorbirea de către consumatori a unor curenți și mai mari (pentru a se menține puterea constantă), producându-se astfel o scădere în continuare a tensiunii. Un asemenea fenomen, poate duce la ieșirea din sincronism și la declanșarea tuturor surselor generatoare, deci la întreruperea totală a funcționării sistemului electro-energetic, este cunoscut sub numele de avalanșă de tensiune.

Un alt regim anormal îl constituie apariția pendulărilor între grupurile generatoare sau chiar între centrale, când acestea funcționează cu frecvențe diferite, pendulări care de asemenea pot duce la întreruperi totale în alimentarea cu energie.

2.3. Arcul electric

Cele mai multe defecte ale instalațiilor electrice, în special ale liniilor electrice aeriene (LEA), sunt însoțite de apariția arcului electric.

Arcul electric reprezintă un canal ionizat la temperatură înaltă, prezentând o densitate de curent aproape constantă, care îi conferă o caracteristică foarte particulară:

căderea de tensiune în arc descrește în funcție de curentul ce îl străbate (invers decât la o rezistență obișnuită);

rezistența arcului, de natură pur ohmică, este foarte variabilă și se definește ca raportul dintre valorile eficace ale tensiunii și curentului.

Procesele care au loc în arcul de curent alternativ, la trecerea curentului prin zero, sunt de importanță primordială pentru stingerea arcului. Parametrul principal care determină stingerea arcului deschis este lungimea sa.

Factorii care contribuie sau împiedică întinderea în spațiu a arcului sunt :

prezența sau lipsa vântului,

posibilitatea sau imposibilitatea de mișcare a picioarelor arcului în lungul conductoarelor (la linii electrice aeriene),

poziția orizontală sau verticală a coloanei arcului,

valoarea inițială a curentului în arc.

Rezistența arcului în aer liber se calculează cu formula:

Rarc= 1,05L/Iarc (2.1.)

în care:

L este lungimea arcului, în m ;

larc este valoarea eficace a intensității curentului prin arc, în kA.

Lungimea unui arc electric este foarte variabilă și greu de apreciat.

În cazul unui scurtcircuit monofazat, poate fi considerată ca lungime minimă, lungimea lanțului de izolatoare, iar în cazul unui scurtcircuit bifazat distanța dintre două lanțuri de izolatoare. Rezistența arcului crește cu distanța dintre faze, care este funcție de tensiunea nominală a rețelei. De obicei, arcul are rezistență minimă, în primele momente ale defecțiuni, când curentul Iarc are valoarea maximă, iar lungimea arcului este minimă. După aceea, rezistența arcului are o tendință, de creștere rapidă.

Prin rezistența sa electrică, arcul mărește impedanța totală a rețelei scurcircuitate și falsifică măsurarea distantei dintre locul unde s-a produs defectul și locul unde este instalată protecția. După cum se va vedea, arcul electric poate produce întârzierea acționării protecției de impedanță, iar uneori, în rețele buclate prevăzute cu relee de reactanță, scurtarea timpului de acționare, ceea ce duce la nerespectarea principiului selectivității protecției.

Nesiguranța în determinarea rezistenței arcului, îngreunează introducerea în calcule a acesteia. De aceea, la alegerea parametrilor protecțiilor, de cele mai multe ori se neglijează rezistența arcului electric (se presupune un scurtcircuit metalic, fără rezistență). Posibilitatea apariției arcului se ia în considerare prin alegerea coeficienților corespunzători, în special a coeficientului de sensibilitate.

2.4. Scurtcircuite trifazate, bifazate și monofazate

a. Scurtcircuit trifazat

Prin scurtcircuitul trifazat se înțelege contactul metalic sau prin rezistență (de obicei prin arc electric) între cele trei faze ale unei instalații. El este denumit și scurtcircuit simetric, deoarece în cazul în care se produce prin rezistențe egale atât curenții, cât și tensiunile, își păstrează simetria, cu toate că valorile lor se schimbă față de cele din regimul normal, regim anterior defectului.

În figura,a este reprezentată o rețea cu un scurtcircuit trifazat. Deoarece se presupune ca impedanțele Z ale tuturor elementelor cuprinse între bornele sursei de alimentare și locul defectului sunt egale și că tensiunile de fază Uf sunt egale și simetrice, curenții de scurtcircuit pe cele trei conductoare trebuie să fie egali și simetrici.

Valoarea eficace a componentei periodice a curenților de scurtcircuit este:

(2.2.)

Impedanța circuitului scăzând brusc, până la valoarea Z, curenții de scurtcircuit pot atinge valori foarte mari. Ei circulă numai în porțiunea de rețea cuprinsă între generatoarele în funcțiune și locul scurtcircuitului.

În figura 2.1.b, este reprezentată diagrama vectorială a curenților și a tensiunilor de scurtcircuit la bornele sursei, cele trei tensiuni de fază: UR, US, UT sunt egale și defazate între ele cu (120°). Curenții de scurtcircuit IscR, IscS, IscT sunt reprezentați (la altă scară), tot prin trei vectori egali și defazați fată de tensiunile respective pe fază cu unghiurile sc care se calculează cu relația:

(2.3.)

în care:

Xe, Re – sunt reactanța și rezistența echivalente ale sistemului ;

XI, RI – reactanța și rezistența liniei, până la locul defectului.

Fig. 2.1. Scurtcircuit trifazat: a – schema rețelei; b- diagrama vectorială.

Valorile unghiurilor sc depind de tipul și de parametrii liniei. De exemplu, dacă nu există o rezistență de trecere la locul defectului, pentru liniile aeriene acest unghi poate să varieze între 20° și 80°, iar pentru liniile de medie tensiune în cablu, între 10° și 20°.

În cazul unui scurtcircuit trifazat, metalic, tensiunile între faze, deci și cele de fază, la locul defectului, devin egale cu zero, iar diagrama se reduce la un punct.

Pe măsură ce ne apropiem de sursă, tensiunile cresc proporțional cu creșterea impedanței circuitului.

Simetria deplină a curenților și a tensiunilor se menține numai în cazul unui scurtcircuit metalic (de exemplu, în cazul punerii sub tensiune a unei linii care a fost în reparație și de pe care nu s-au demontat scurt-circuitoarele mobile sau nu s-au deschis cuțitele de legare la pământ CLP). Dacă scurtcircuitul s-a produs prin arc electric, se poate întâmpla ca rezistențele arcurilor dintre cele trei faze să difere mult între ele și în acest caz simetria curenților nu se mai menține.

Scurtcircuitele trifazate produse pe barele centralelor de putere mare constituie defecte foarte grave pentru sistemele energetice, deoarece, dacă nu sunt deconectate rapid (în 0,2÷ 0,25 s) pot să deranjeze funcționarea în paralel a centralelor și ieșirea din sincronism a generatoarelor electrice. De asemenea, scurtcircuitele trifazate produse într-o rețea care alimentează motoare sincrone sau asincrone cu rotorul bobinat, care antrenează mecanisme cu cuplu rezistent constant, pot produce o cădere de tensiune foarte mare și dacă defectul nu este izolat, pot conduce la deconectarea motoarelor.

Cu toate că scurtcircuitele trifazate sunt foarte rare, din cauza pericolului pe care acestea îl prezintă, se instalează totdeauna protecții rapide și sensibile la acest gen de defecte.

b. Scurtcircuit bifazat

În acest caz de defect, nu există simetrie între curenți și între tensiuni. Curenții de scurtcircuit circulă numai prin cele două conductoare scurcircuitate (fig. 2.2), în circuit acționează tensiunea U dintre fazele defecte. Curentul de scurtcircuit din faza S, egal și de sens contrar cu cel din faza T, este dat de relația:

(2.4.)

Față de curentul de scurtcircuit trifazat produs în aceeași rețea și în aceleași condiții, curentul de scurtcircuit bifazat este mai mic, raportul dintre ei fiind

După cum se observă din figura 2.2., la locul scurtcircuitului, tensiunea între fazele defecte S-T este egală cu zero (s-a presupus că scurtcircuitul este metalic, nu prin arc). Prin linii pline s-au reprezentat tensiunile și curenții la locul defectului, iar prin linii întrerupte, tensiunile pe barele stației, care s-a presupus că este alimentată de la o sursă de putere infinită. Tensiunile pe fazele S și T, egale cu jumătate din valorile lor normale, sunt reprezentate respectiv prin vectorii și .

Din triunghiul dreptunghic ΔOS'S se deduce

Fig.2.2. Scurtcircuit bifazat: a – schema rețelei; b – diagrama vectorială.

Tensiunea pe faza sănătoasă UR își păstrează valoarea normală, iar tensiunile dintre faza R și fazele S și T au valorile:

URS' = URT' = UR+ US' = Us + 0,5 Us = 1,5 Us = URS = 0,87 URS; la fel,

URT' = 0,87 URT.

Deci, la locul defectului, tensiunea dintre faza sănătoasă și fazele defecte este puțin mai mică decât în situația normală de funcționare. Cu cît ne apropiem de sursa de alimentare, adică ne îndepărtăm de locul defectului, dacă unghiul impedanței liniei este egal cu unghiul impedanței transformatorului din stație, valorile tensiunilor pe fazele S și T cresc, deoarece la valorile lor inițiale se adaugă căderile de tensiune de pe linie, între conductoarele S și T apare o tensiune care se mărește, putând ajunge până la valoarea sa normală UST (la sursă).

Tensiunile pe fazele S și T la stație (la începutul liniei) sunt date de relațiile:

(2.5.)

unde:

, reprezintă tensiunea pe faza S pe barele stației (la începutul liniei);

, reprezintă tensiunea pe faza T pe barele stației (la începutul liniei);

, reprezintă tensiunea pe faza S la locul defectului;

, reprezintă tensiunea pe faza T la locul defectului;

, reprezintă căderea de tensiune pe faza S până la locul de defect (determinat de curentul de scurtcircuit );

, reprezintă căderea de tensiune pe faza T până la locul de defect(determinat de curentul de scurtcircuit );

Curenții de scurtcircuit în cele două conductoare defecte sunt egali în valoare absolută, însă de sensuri contrare și defazați fată de tensiunea UST care-i generează, cu unghiul sc, definit ca la scurtcircuitul trifazat.

În cazul în care scurtcircuitul se produce prin arc să presupunem că defectul s-a produs în punctul III al liniei (fig.2.3.a) și vom analiza cum variază tensiunile într-un punct intermediar II de pe linie și în punctul I, situat în stație, alimentată de la o sursă de putere infinită.

Fig. 2.3. Scurtcircuit bifazat prin arc : a – schema rețelei; b – diagrama vectorială

Din fig. 2.3. b se observă că, datorită arcului care are o rezistență ohmică mare, chiar la locul defectului, tensiunea între fazele S și T nu mai este egală cu zero, ci are valoarea TIIISIII iar tensiunile pe fazele, OSIII și OTIII sunt inegale. În funcție de rezistența arcului, vârfurile vectorilor tensiunilor pe fazele OSIII și respectiv OTIII nu se mai deplasează (ca în cazul examinat mai înainte) pe dreapta SII1 ci pe câte un semicerc (s-a neglijat rezistenta liniei). În punctul II, tensiunile pe fazele OSII și OTII cresc ca valoare, însă sunt tot inegale. Pe măsură ce ne apropiem de stație (punctul I), dacă impedanța liniei este suficient de mare, tensiunile pe faze devin egale, la fel și cele între faze.

Scurtcircuitele bifazate constituie defecte foarte grave pentru instalațiile electrice, mai ales pentru liniile de sistem. Din acest motiv, elementele din instalații se prevăd totdeauna cu protecții rapide care să deconecteze astfel de defecte.

c. Scurtcircuit monofazat

Scurtcircuitul monofazat este un defect care poate apare doar în rețelele care au punctul neutru legat rigid la pământ și constă în străpungerea sau în conturnarea izolației unei faze fată de pământ, realizându-se astfel o buclă de scurtcircuit.

Fenomenele sunt similare celor care se produc în cazul scurtcircuitelor trifazate sau bifazate; se produce o creștere foarte mare a curentului și o scădere accentuată a tensiunii (care ajunge foarte mică la locul defectului) pe faza defectă.

După cum se vede în fig.2.4., bucla de scurtcircuit este formată din impedanțele inserate ale fazei respective Zl și a drumului prin pământ Zp care poate conține eventual și o rezistența de trecere la locul defectului.

Fig.2.4. Scurtcircuit monofazat.

Tensiunea care produce curentul de scurtcircuit este tensiunea pe faza defectă. Curentul de defect este deci:

(2.6.)

unde:

, reprezintă curentul de scurtcircuit monofazat;

, reprezintă tensiunea de fază;

, reprezintă impedanța în complex a conductorului de pe faza defectă, respectiv impedanța în complex a pământului.

Curentul de scurtcircuit este în general un curent reactiv, defazat mult în urma tensiunii care il determină; în cazul defectului printr-un arc de rezistență apreciabilă, el are și o componentă activă.

Pentru analiza modificărilor tensiunilor în cazul scurtcircuitului monofazat, vom considera cele două cazuri posibile:

scurtcircuitul net

scurtcircuitul prin arc (prin rezistență).

În ambele cazuri, vom considera că reactanța sursei este conținută în impedanța liniei și că impedanțele și au același unghi interior.

Fig.2.5. Tensiunile în diferite puncte ale liniei, în cazul unui scurtcircuit monofazat net:

a – la sursă; b – într-un punct al liniei; c – în punctul defectului.

După cum se observă în fig. 2.5., tensiunea pe faza defectă, care își păstrează întreaga valoare la sursă, scade continuu până în locul defectului păstrându-și însă mereu poziția relativă față de ceilalți vectori, căci căderile de tensiune pe întreaga buclă de defect sunt în fază.

Fig.2.6. Tensiunile în diferite puncte ale liniei în cazul unui scurtcircuit monofazat prin

arc: a – la sursă ; b – într-un punct al liniei; c – în punctul defectului .

În fig.2.6. sunt reprezentate tensiunile în aceleași puncte, în cazul unui scurtcircuit prin arc. În acest caz, căderile de tensiune în bucla de defect alcătuiesc o linie frântă, ceea ce face ca, în diferitele puncte ale liniei defecte, tensiunile pe faza defectă să fie diferite între ele, atât ca valoare, cât și ca fază.

Trebuie observat însă că, în ambele cazuri, diagramele tensiunilor sunt în realitate modificate, ca urmare a curenților de sarcină și a curenților de defect care circulă și prin cele două faze sănătoase.

Majoritatea defectelor din instalațiile electrice apar în primul rând la liniile electrice aeriene (datorită întinderii mari și condițiilor în care funcționează) și în al doilea rând, la cele în cablu. Defectele, constând în deteriorarea izolației, pot fi datorite îmbătrânirii în timp a acesteia sau unor cauze exterioare, în cazul liniilor aeriene, aceste cauze sînt supratensiunile atmosferice, spargerea izolatoarelor, ruperea conductoarelor și atingerea acestora între ele sau cu pământul, ruperea stâlpilor etc., iar în cazul liniilor în cablu: lovirea cablurilor la montaj sau în exploatare, pătrunderea umezelii, supratensiunile de comutație etc.

Varietatea defectelor care apar în rețelele electrice, numărul relativ mare al acestora și particularitățile rețelelor în raport cu alte categorii de instalații, fac ca protecția rețelelor să fie concepută astfel încât să răspundă altor condiții decât protecția generatoarelor și a transformatoarelor.

Astfel, condiția principală care se pune protecției mașinilor electrice este aceea de a reduce la minimum efectele deteriorărilor mașinii protejate, ceea ce se traduce, de fapt, prin scoaterea din funcțiune, cât mai rapid posibil, a mașinii, indiferent de efectul acestei deconectări asupra alimentării consumatorilor. Aceeași condiție impune deconectarea generatoarelor chiar cînd nu s-a produs un defect interior, dar regimul de funcționare (provenit din exterior) periclitează buna stare a acestora.

Condiția principală pe care trebuie să o îndeplinească protecția rețelelor electrice este aceea de a limita la minimum efectele unui defect pe o linie aeriană sau în cablu, asupra funcționării restului rețelei. Această condiție reclamă, în primul rând, o mare selectivitate a protecției; totodată, este necesară rapiditatea acționării protecției, această calitate limitând deteriorările.

În conceperea protecției rețelelor, se pornește de la faptul că, spre deosebire de cazul mașinilor electrice, defectele care apar în rețele nu pot duce, în majoritatea cazurilor, la deteriorări de mare amploare, dar efectele lor asupra funcționării sistemului energetic pot fi deosebit de grave.

Astfel, un scurtcircuit trecător pe o linie de înaltă tensiune, în apropierea unei, centrale de mare putere, care prin el însuși nu determină nici o deteriorare, poate duce, în cazul în care nu este deconectat selectiv și rapid, la ieșirea din paralel a centralei din apropiere și apoi a altor centrale legate de aceasta și astfel la întreruperea de lungă durată a alimentării unui mare număr de consumatori. De asemenea, este ușor de înțeles că înlăturarea unui asemenea defect, printr-o protecție chiar rapidă, dar neselectivă, poate duce, prin deconectarea unor linii neatinse de defect, la întreruperi suplimentare inutile ale consumatorilor.

Toate tipurile de protecții folosite în rețelele electrice tind să realizeze aceste condiții principale ale selectivității și rapidității.

După cum se știe apariția scurtcircuitelor, care reprezintă de fapt defectele pe care protecția rețelelor trebuie să le lichideze, este însoțită de variația importantă a două mărimi:

creșterea curentului în partea de rețea care alimentează defectul

scăderea tensiunii în rețea.

Pe sesizarea și prelucrarea acestor variații, în scopul determinării locului și caracterului defectului, se bazează în general funcționarea protecției rețelelor electrice, întrucât însă aceste două mărimi variază în sensul arătat nu numai la capetele liniei defecte, ci, mai mult sau mai puțin în întreaga rețea, este evident că numai simpla sesizare a acestor variații nu este suficientă pentru a determina acționarea selectivă a protecțiilor, în scopul realizării selectivității este necesară asocierea altor mărimi, cum ar fi:

sensul de scurgere a puterii în timpul defectului

prelucrarea tuturor mărimilor de către relee, concepute astfel încât să acționeze selectiv.

Pe baza acestor mărimi sesizate în caz de defect și a condițiilor menționate s-au dezvoltat diferitele tipuri de protecții ale rețelelor electrice.

Prima și cea mai simplă protecție folosită în rețelele electrice este cea maximală

Uneori însă, protecția maximală nu asigură o valoare corespunzătoare a coeficientului de sensibilitate, în cazul defectelor pe liniile alimentate de pe barele altei stații, nu poate fi realizată, în special dacă defectele pe linia următoare sunt alimentate de mai multe linii racordate la aceleași bare, ceea ce face ca puterea de scurtcircuit care circulă prin fiecare dintre ele să fie mai mică. În asemenea cazuri se renunță la a se realiza protecția cu ajutorul protecției maximale și, în funcție de importanța rețelei, se caută alte soluții.

O astfel de soluție este utilizarea Protecției de Distanță cu relee, sau numerică.

3. PROTECȚIA DE DISTANȚĂ

Odată cu evoluția continuă și importantă a rețelelor electrice și a condițiilor noi pe care evoluția rețelelor electrice o impune instalațiilor de protecție prin relee, protecția de distanță continuă și în prezent să fie protecția de bază a liniilor electrice în cablu dar mai ales a liniilor electrice aeriene, extinzându-se și la instalații cum sunt:

generatoarele;

și transformatoarele.

Datorită progreselor deosebite pe care protecțiile le-au înregistrat în ultimi ani fac necesară o cunoaștere teoretică aprofundată a principiilor ce stau la baza realizării lor, a diferitelor variante constructive și a problemelor pe care le ridică exploatarea lor.

Datorită progreselor înregistrate în domeniul protecției prin relee ne permite să tragem în mod evident concluzia că, dintre toate tipurile de relee de protecție, cele la care s-au produs cele mai multe modificări și perfecționări, ducând la o mare varietate de scheme și tipuri constructive, sunt releele de distanță.

Principalele cerințe impuse protecțiilor de distanță, care au determinat cele mai importanteperfecționări, au fost realizarea unei distincții clare între defectele și suprasarcinile liniilor foarte lungi, care transportă puteri mari și obținerea unor timpi de acționare foarte scurți, timpi impuși de condițiile păstrării stabilității în funcționare.

Releele de distanță se pot grupa în următoarele categorii mai importante:

relee de distanță simplificate cu un număr redus de trepte, cu funcționare sigură și domeniu de utilizare în rețelele de medie și înaltă tensiune;

relele de distanță tranzistorizate, având parametri superiori releelor clasice, în special în ce privește:

siguranța în funcționare;

precizia;

treptele de reglaj.

relele de distanță a căror principală calitate este asigurarea unei mari capacități de transport, simultan cu o mare sensibilitate la defecte;

relele de distanță ultrarapide;

relele de distanță ce folosesc efectul Hall (folosesc dispozitive semiconductoare logice);

relele de distanță perfecționate, au blocaj la pendulații în sistem sau la deranjamente în circuitele secundare;

dispozitive de protecție integrate (digitale), care înglobează practic toate funcțiile de protecție-automatizare necesare pentru o linie electrică de 110 kV – 400 kV.

Conform prescripțiilor în vigoare, liniile de interconexiune de 110 kV și 220 kV vor fi prevăzute cu o protecție de distență ca protecție de bază împotriva scurtcircuitelor între faze, dar și împotriva scurtcircuitelor monofazate la pământ (între fază și pământ) și cu protecție maximală de curent homopolar, cu plocaj direcțional cu una sau două trepte, ca protecție de rezervă.

Conform normativului PE 504/96 protecția de distanță se va monta pe:

LEA de 110 kV alimentată bilateral;

LEA 110 kV radiale dacă protecția maximală de curent temporizată nu poate asigura rapiditatea sau selectivitatea suficientă;

la LEA de 220 kV și 400 kV radiale, care alimentează stații de transformare coborâtoare.

3.1. Principiul de realizare a protecției de distanță

Protecția de distanță este o protecție care măsoară distanța dintre locul de montare a protecției și locul defect comandând deconectarea întreruptorului, deci întreruperea alimentării defectului cu un timp cu atât mai mic cu cât defectul se află mai aproape de locul de montare a protecției. Deci, timpul de acționare a l protecției de distanță este funcție de distanța dintre locul de montare a protecției și locul de defect. Această distanță este stabilită măsurând impedanța dintre locul de montare a protecției și locul defect.

În funcție de mărimea măsurată se deosebesc următoarele tipuri de protecții de distanță:

de impedanță, care acționează urmărind relația:

; (3.1.)

de reactanță, care acționează urmărind relația:

; (3.2.)

de rezistență, care acționează urmărind relația:

. (3.3.)

În relațiile anterioare s-au utilizat următoarele notații:

– impedanța, reactanța sau rezistența măsurată de releu;

– impedanța, reactanța sau rezistența de pornire a releului, valoare constantă impusă prin reglaj;

– mărimi aduse la releu de la TT și TC;

– unghiul dintre

Condițiile de acționare menționate anterior indică faptul că protecția de distanță este o protecție minimală.

Cele mai utilizate în instalați electroenergetice sunt proecțiile de distanță de impedanță.

Proecțiile de distanță de reactanță se folosesc pe liniile pe care sunt probabile doar defecte prin arc electric, pentru că acest tip de protecție nu sesizează rezistența arcului electric de la locul de scurtcircuit. Se utilizează însă rar datorită faptului căci sunt foarte sensibile la pendulări.

Proecțiile de distanță de rezistență se folosesc pentru protejarea cablurilor și a LEA compensate longitudinal (linii la care reactanța variază în exploatare).

Din motive de selectivitate protecția de distanță trebuie prevăzută cu elemente direcționale.

Într-adevăr, dacă se consideră rețeaua din figura 3.1.:

Fig.3.1. Linii de interconexiune

prevăzută cu o protecție de distanță, la un scurtcircuit în punctul K pe linia L2 trebuie să acționeze protecțiile 3 și 4 pentru ca acționarea să fie selectivă. Timpul de acționare al protecției fiind funcție de distanța dintre locul de montare al protecției și locul de defect, protecțiile 1 și 6 nu vor acționa, dar apar demaraje ale protecțiilor respective. Protecțiile 2 și 5 însă, fiind aproximativ la aceeași distanță de defect ca și protecțiile 3, respectiv 4, pot acționa dacă nu sunt prevăzute cu element direcțional.

Protecția de distanță asigură cu temporizări relativ mici, deconectarea selectivă a liniilor defecte în rețele de orice fel de configurație, oricât de complexe, cu ori ce număr de surse de alimentare.

Paralel cu dezvoltarea rețelelor electrice s-au dezvoltat și perfecționat schemele de protecție de distanță care continuă să fie și în prezent protecția de bază a liniilor de înaltă tensiune, folosirea ei s-a extins chia și la generatoare și transformatoarele electrice.

O bună protecție de distanță trebuie să satisfacă următoarele condiții:

să sesizeze defectul în orice loc de pe linia protejată;

să rămână insensibilă la supratensiuni;

să rămână insensibilă la pendulații în sistem;

să sesizeze defecttele prin arc electric;

să acționeze corect la regimuri diferite de funcționare a rețelei;

să fie rapidă;

zonele de acționare să fie astfel reglate încât, pe de o parte să asigure o protecție de bază pe porțiuni cât mai mari, iar pe de altă parte să asigure o selectivitate completă față de protecția din aval;

să fie insensibilă la supratensiuni atmosferice sau de comutație;

să aibă consum și gabarit cât mai redus;

să permită conectarea sistemului de protecție la canalele de teletransmisie în sensul asigurării prelungirii zonei I-a rapide, pentru întreaga porțiune protejată;

reducerea sau eliminarea contactelor mecanice;

posibilitatea unei verificări rapide a sistemului de protecție iar în cazul defectăriiunor elemente să se permită o înlocuire rapidă și simplă;

asigurarea funcționării corecte în condiții grele de mediu;

posibilitatea racordării sistemului de protecție la sistemul de semnalizarede avarie și de prevenire acustic și optic, existent în stații.

Elementele principale ale protecției de distanță sunt:

elementul de pornire – care asigură pornirea protecției numai la apariția defectului;

elementul de temporizare, prevăzut din motive de selectivitate;

elementul direcțional, prevăzut tot din motive de selectivitate;

elementul de măsură al distanței care asigură acționarea în funcție de distanța de la locul de montare al protecției și locul defectului.

3.2. RELEE DE DISTANȚĂ

Principii constructive

Releele de distanță pot fi realizate pe următoarele principii constructive:

principiul balanței electromagnetice;

principiul balanței electrice;

principiul de inducție;

principiul protecțiilor electronice (relee cu comutație statică);

protecții numerice.

3.2.1. Releul de distanță de impedanță tip ˝balanță electrică˝

Fig.3.2., Releu de distanță de tipul ˝balanță electrică˝ de impedanță pură

Această soluție folosită aproape exclusiv în condițiile moderne de relee, propune eliminarea influenței defazajului dintre curent și tensiune asupra măsurării impedanței. Totodată, prin redresarea tensiunii și a curentului se pot folosi relee de curent continuu care au un consum de energie foarte mic, ceea ce permite realizarea unei mari sensibilități. De asemenea, vibrațiile care sunt greu de evitatîn curent alternativ, dispar, astfel măsurarea este mai exactă.

De la bornele rezistenței ˝R˝, legată în paralel cu înfășurarea secundară a TC, se culege o cădere de tensiune proporțională cu curentul de defect . Folosirea căderii de tensiune prezintă avantajul de a se putea efectua comutări în circuitele de curent. Releul de impedanță ˝Z˝, de curent continuu, are un magnet permanent și două înfășurări parcurse de curent în sensuri diferite. Una dintre aceste înfășurări este parcursă de curentul redresat și, sub acțiunea câmpului magnetic permanent, tinde să închidă contactele releului, iar cealaltă înfășurare, parcursă de curentul redresat , tinde să mențină contactele releului deschise.

Condiția de acționare a releului este:

, respectiv . (3.4.)

Deci:

, (3.5.)

unde:

, (3.6.)

reprezintă impedanța de pornire a releului.

Pentru acest releu, condiția de acționare măsurată de releul Zr de la locul de instalare al protecției până la locul de defect, să fie mai mică decât valoarea dată Zpr, numită impedanță de pornire a releului.

Releul de distanță ˝ de impedanță pură˝ are caracteristica de funcționare în planul complex un cerc cu centrul în originea axelor de coordonate fig.3.3, având raza egală cu impedanța de pornire.

Fig.3.3. Caracteristica de acționare a releului din figura 3.2.

Când vectorul complexse află cu vârful în interiorul cercului sau pe cerc, releul acționează, iar când are vârful în exteriorul cercului, releul nu acționează.

Deoarece tensiunile redresate ui și uu sunt proporționale cu și , condiția de acționare a protecției este aceeași :

(3.7.)

Astfel de relee se folosesc în țara noastră, la protecția de distanță D110 încă din 1960 având releu polarizat cu o singură înfășurare.

Fig.3.4. Schema releului de măsură a impedanței din protecția D110

Caracteristica de funcționare a releelor de distanță se prezintăîn planul complex al impedanțelor și servesc la delimitarea domeniului de acționare față de domeniul de blocare al acestora.

Caracteristica de funcționare ale elementelor de pornire de distanță și ale celor de măsură din protecțiile de distanță sunt reprezentate din punctul de vedere al măsurării distanței prin curbe în planul jX, R, curbe care se situează în cea mai mare parte în primul cadran. Caracteristicile acestora pot fi continue, discontinue și mixte.

Caracteristicile continue reprezintă curbe închise, conice de tipul elipsei și curbe de tipul cercului sau curbe continue deschise ( dreaptă sau hiperbolă). Cele mai uzuale tipuri de caracteristici sunt cele circulare.

Caracteristicile discontinue se obțin din același tip de caracteristică elementară care își discret un parametru, obținându-se caracteristici poligonale de forma unor patrulatere apropiate de patrlaterul de defect, mărindu-se astfel sensibilitatea protecției.

Fig.3.5. Caracteristici de funcționare ale releelor de distanță

de impedanță pură; b) de rezistență; c) de reactanță;

Caracteristicile combinate se obțin din combinarea a două sau mai multor caracteristici continue sau discontinue,în scopul de a extinde suprafața limitată de curbă față de propriile axe, fie de a limita această suprafață. Caracteristici combinate pot fi obținute cu ajutorul releelor electronice, în componența lor intrând și elemente logice de tipul ȘI, SAU.

Diversitatea caracteristicilor de funcționare se impune din următoarele considerente:

adaptarea caracteristicii pentru lichidarea corectă a defectelor prin arc electric;

comportarea diferită la defecte la capătul zonei și la suprasarcini, chiar dacă în cele două regimuri sunt aproximativ egale;

obținerea unei astfel de caracteristici încât protecția de distanță să fie cât maipuțin sensibilă la pendulări, pentru a evita acționările false în cazul apariției acestora.

Exprimarea analitică a caracteristicilor elementelor în planul Z este dată de relația:

(3.8.)

care reprezintă ecuația generală a conicelor exprimate în coordonate carteziene.

Condiția de existență a conicelor este determinată de determinantul:

; (3.9.)

în care:

Ecuația (3.8.) exprimă următoarele conice:

elipsă dacă: >0;

parabolă dacă: ; (3.10.)

hiperbolă dacă: <0.

3.2.2. Releul de distanță de impedanță generalizată

Caracteristica de funcționare a releului de distanță de impedanță generalizată

este indicată în figura 3.6.:

Fig.3.6.,Caracteristica de funcționare a unui releu de distanță de impedanță generalizată

Zona de acțiune este interiorul cercului. Pentru obținerea caracteristicii din figura anterioară prin intermediul unui releu care compară două mărimi și se pot scrie relațiile de mai jos. Fiecare din cele două mărimi poate fi o funcție de tensiune și de curent, deci:

(3.11.)

Condiția de pornire a releului este:

(3.12.)

Înlocuind relațiile (3.11.) și (3.12.) rezultă:

(3.13.)

Fig.3.7., Diagrama fazorială a mărimilor aduse de releu

Ținând seama de relațiile:

(3.14.)

Se obține pentru egalitatea anterioară (3.13.), relația:

(3.15.)

Ridicând la pătrat modulele din relația anterioară obținem:

(3.16.)

grupând termenii rezultă:

(3.17.)

Notând:

(3.18.)

se obține condiția de pornire a releelor de distanță:

(3.19.)

unde:

(3.20.)

Pentru a arăta că această ecuație reprezintă o caracteristică de funcționare a releului de impedanță, conform figurii anterioare, scriem ecuația cercului într-un sistem de axe X și R, coordonatele cercului fiind , iar raza cercului r.

, (3.21.)

(3.22.)

Dacă împărțim relația (3.22.) cu , grupăm termenii și ținem cont că :

, , (3.23.)

obținem următoarea relație:

(3.24.)

Dar:

, (3.25.)

adică ecuația unui cerc.

Comparând relațiile:

. (3.26.)

Centrul cercului este în:

(3.27.)

cu:

. (3.28.)

Originea planului complex al impedanței este situată în interiorul sau exteriorul caracteristicii de funcționare, după cum r este mai mic sau mai mare ca Z0 .

Dacă relația (3.19.) se împarte cu și se ține seama că:

(3.29.)

în care și reprezintă admitanța, conductanța și susceptanța,

se obține:

(3.30.)

și reprezintă caracteristica releelor de impedanță în planul complex al admitanței, zona de acționare fiind în interiorul cercului.

Fig. 3.8., Caracteristica de funcționare a releului de impedanță generalizată

în planul admitanțelor

3.2.3. Releul de distanță de impedanță pură

Caracteristica releului de impedanță generalizată se obține din relațiile:

(3.31.)

punând condițiile:

astfel, condiția de pornire a releului de distanță ,

(3.19.)

devine:

, (3.32.)

adică:

, (3.33.)

iar condiția de funcționare este:

. (3.34.)

3.2.4. Releu de distanță de rezistență

Releul de distanță de rezistență măsoară rezistența dintre locul de montare a protecției și locul defect, acționând atunci când:

. (3.35.)

Caracteristica lui de acționare este o dreaptă paralelă cu axa X, la distanța de originea sistemului de coordonate jX,R. Această caracteristică se obține din cea a releului de impedanță generalizată dacă se impun condițiile:

Deci, în cazul releelor de rezistență avem ecuația:

(3.36.)

3.2.5. Releul de distanță de impedanță mixtă

Caracteristica de funcționare a releului, reprezintă un cerc cu centrul deplasat pe axa R, interiorul cercului reprezentând zona de acționare.

Dacă impunem condiția:

(3.37.)

ecuația de funcționare devine:

. (3.38.)

Fig. 3.9. Caracteristica de funcționare pentru releul de impedanță mixtă

3.2.6. Releul de distanță de admitanță mixtă (releu ˝ mho˝ )

Releul de distanță de admitanță mixtă, numit și releu de impedanță direcțional, are caracteristica de foncționare în planul Z, cercce trece prin originea axelor de coordonate.

Fig.3.10. Condiția de funcționare a releului de admitanță mixtă

Condiția de funcționare a releului de admitanță mixtă se obține dacă se impun condițiile:

Ecuația de funcționare devine:

(3.40.)

3.2.7. Relee de distanță cu caracteristici de funcționare combinate

Cele mai răspândite caracteristici de funcționare combinate sunt formate din mai multe caracteristici circulare și liniare. De exemplu pentru caracteristica din figura 3.11. are ecuația :

(3.41.)

.

Punctele de intersecție fiind:

(3.42.)

Pentru și , conturul caracteristicii este o dreaptă, fig 3.11.a, iar pentru celelalte valori , conturul este cerc, fig. 3.11.b.

b)

Fig.3.11. Caracteristici de funcționare combinate ale unor relee de distanță

Modelarea fizică a caracteristicilor funcționale ale sistemelor de protecție de distanță

Prin modelare fizică a caracteristicilor se înțelege realizarea practică a caracteristicilor preconizate pe baza modelelor matematice, respectiv a ecuațiilor lor de funcționare în planul Z, prezentate anterior.

Realizarea elementelor de măsurat impedanța se bazează pe transformarea ecuației caracteristicii de funcționare, astfel încât să se obțină scheme cu compararea amplitudinilor, scheme cu compararea fazelor (defazajelor) sau prin compararea amplitudine-fază, care utilizează controlul simultan al unor amplitudini și defazaje.

Unele relee pot fi obținute pe principiul balanței electrice, schemele fiind relativ simple. S-au realizat relee numai cu elemente de comutație statică, cu caracteristică de tip elipsă, pe principiul adițiunii. Alte realizări constructive folosesc relee de inducție pentru compararea fazelor, deși mai lente acestea sunt foarte sensibile.

3.2.9. Influența arcului electric de la locul de scurtcircuit asupra funcționării protecției de distanță

Din descrierea diferitelor tipuri constructive de relee de impedanță și din caracteristica de acționare din figură ,

a rezultat că funcționarea acestora este determinată de distanța până la locul defectului dacă impedanța buclei de scurtcircuit între locul de instalare al releului și locul defectului este strict proporțională cu această distanță. Proporționalitatea este însă valabilă numai în cazul scurtcircuitelor directe, nete. În cazul scurtcircuitului prin rezistență de trecere, impedanța buclei de scurtcircuit nu depinde exclusiv de caracteristicile liniei, ci și de valoarea acestei rezistențe, deci nu mai constituie o măsură a distanței.

La liniile electrice și în special la cele aeriene, majoritatea scurtcircuitelor nu sunt metalice ci prin arc electric. Deci, determinarea impedanței de către releele de impedanță este eronată. Rezistența arcului electric care intervine în determinarea impedanței bucleide scurtcircuit nu are o valoare constantă, ci variază cu lungimea acesteia și cu valoarea curentului de scurtcircuit.

Efectul arcului electric asupra funcționării protecției de impedanță este arătat în figura 3.12.:

Fig.3.12. Caracteristica de acționare a unui releu de impedanță

Se observă că, datorită arcului electric, un defect produs pe o linie la o distanță căreia iar corespunde (în cazul unui defect net) impedanța , care ar provoca declanșarea fiind în zona de lucru a releului, este determinat de releu în mod greșit ca fiind situat la o distanță mai mare, căreia îi corespunde impedanța , situată în zona de blocare. Arcul electric are deci ca efect o micșorare a zonei de acțiune a releului de impedanță, micșorare care depinde de rezistența arculuielectric și deci nu poate fi determinată precis. În cazul unor defecte prin arc, pe o linie protejată prin protecție de distanță, locul geometric al vectorului complex , reprezentând în planul complex impedanța văzută (măsurată) de releu,

, în cazul în care variază distanța dintre releu și locul de defect, are aspectul unui patrulater, numit ˝ patrulaterul de defect ˝ (vezi figura 3.13.).

Fig.3.13. Patrulaterul de defect

Elementul de măsură al protecției de distanță trebuie să asigure următoarele cerințe:

întreg patrulaterul de defect să fie în zona de acționare din interiorul caracteristicii releului pentru a asigura sensibilitate în funcționarea protecției;

diferențele dintre aria zonei de acționare și cea a patrulaterului să fie cât mai mici pentru a asigura selectivitate și pentru a evita acționări greșite la pendulări sau suprasarcini în sistem.

Eliminarea erorilor introduse de arcul electric în determinarea distanței până la locul defectului, în funcționarea protecțiilor de distanță constituie o problemă foarte importantă, care și-a găsit diferite soluții de rezolvare. Una din primele soluții a fost aceea a realizării unor protecții care folosesc pentru determinarea distanței reactanța buclei de scurtcircuit în locul impedanței.

Folosirea releelor de reactanță este mult redusă deoarece provoacă deconectări greșite la apariția pendulărilor în rețea. Soluția folosită aproape exclusiv pentru eliminarea erorii introduse de arcul electric în determinarea distanței constă în realizarea releelor de impedanță mixtă a căror caracteristică de acționare este un cerc cu centrul deplasat pe axa R (fig.3.14). Raza și deplasarea cercului sunt realizate în așa fel încât, atât în cazul unui defect net situat pe linie la o distanță căreia îi corespunde impedanța , cât și în cazul unui defect în același punct, dar printr-un arc electric () releul acționează.

Fig.3.14. Caracteristica de funcționare a unui releu de impedanță mixtă

Rezistența a fost aleasă de 60%din impedanța porțiunii de linie pentru care releul trebuie să acționeze, pe baza experienței de exploatare în acest domeniu. Totodată, în cazul unui defect net, produs după o impedanță mai mare decât , releul nu acționează.în felul acesta, rezistența arcului nu mai poate determina acționări incorecte. Rezistența arcului prin care poate avea loc un scurtcircuitfără ca acționarea protecției să fie eronată crește pe măsura micșorării impedanței liniei până la locul defectului (figura anterioară).

O astfel de diagramă de acționare se obține prin modificarea schemei de alimentare a releului ˝ balanță electrică ˝de impedanță pură prin introducerea unei reacții negative din circuitul de curent în circuitul de tensiune cu ajutorul transformatorului obținându-se scgema numită ˝ impedanță mixtă˝.

Expresia după care funcționează acest releu este:

(3.43.)

Unde:

este raportul de transformare al transformatorului de tensiune TT, iar depinde de raportul de transformare al transformatorului și de valoarea rezistenței R.

Curentul redresat din circuitul de curent este proporțional cu modulul vectorului .

Fig.3.15. Releu de distanță tip ˝ balanță electrică de impedanță mixtă

3.2.10. Comportarea protecției de distanță în cazul supratensiunilor

În cazul suprasarcinilor, la funcționare cu un factor de putere ridicat, vectorul complex se află în apropiera axei reale R, figura 3.16. Pentru linii relativ scurte, curentul de scurtcircuit la capătul zonei protejate, în regim minim de funcționare,, este sensibil mai mare decât curentul de suprasarcină, deci:

, (3.44.)

și protecția nu acționează. La linii lungi și puternic încărcate se poate întâlni cazul în care:

, (3.45.)

În acest caz rezultă:

, (3.46.)

protecția acționând fals la suprasarcini. Pentru a se evita aceste acționări, protecția se realizează cu relee a căror acționare să depindă și de argumentul, nu numai în modul, vectorului impedanței, ceea ce un releu de impedanță pură nu poate asigura.

În practică, pentru lini electrice aeriene LEA de înaltă tensiune,

, (3.47.)

în timp ce pentru un defect în zona protejată

. (3.48.)

Comportarea corectă la suprasarcini este importantă îndeosebi pentru elementele de impedanță minimă care îndeplinesc funcția de elemente de pornire. Din punct de vedere al comportării la suprasarcini,cele mai avantajoase sunt caracteristicile elipse, urmate în ordine, de releele de admitanță mixtă, de rezistență generalizată și de impedanță, întrucât pentru o aceeași valoare a suprasarcinii și deci pentru un același vector al impedanței , releele cu caracteristică elipsă și de admitanță mixtă nu acționează, în timp ce cele de impedanță acționează.

Fig.3.16. Caracteristica de acționare a releului de distanță

3.2.11. Comportarea protecției de distanță în cazul pendulărilor în sistem

Fenomenul de pendulări constă în principiu în variația în timp, după o lege sinusoidală, a diferenței de fază dintre tensiunile electromotoare, de modul egal și constant, a două sisteme electroenergetice racordate printr-o linie de interconexiune.

Fenomenul de pendulare a rotoarelor generatoarelor sincrone dintr-un sistem electroenergetic interconectat, provocat de șocuri de putere activă conduce la acționarea protecției de distanță la ˝ false defecte ˝, deconectând linii fără defecte reale și contribuind astfel la extinderea avariilor.

Pentru a se putea aprecia caracteristicile de funcționare ale protecției de distanță din punct de vedere al comportării la pendulări, este necesar să se determine influența acestora asupra impedanței sesizate de relee.

Comportarea la pendulări a protecțiilor de distanță poate fi determinată considerând cazul a două centrale și funcționând în paralel prin linia L, conform figurii 3.17..

Fig.3.17. Schema electrică a sistemului considerat

În figură s-au utilizat următoarele notații:

– impedanța surselor;

– impedanța liniei;

– tensiunea electromotoare a surselor (t.e.m.);

– tensiunea pe barele M și N.

Punem următoarele condiții:

. (3.49.)

Curentul de pendulare I, care circulă între cele două noduri M și N, are expresia:

, (3.50.)

Este necesar să se determine valoarea momentană a unghiului ,pentru că:

. (3.51.)

Tensiunile pe barele stațiilor M și N, în care sunt instalate releele de protecției de distanță, au expresiile:

,

(3.52.)

iar releele de pe liniile din M și N vor sesiza impedanțele și proporționale cu:

, pentru un scurtcircuit metalic avem (3.53.)

Indiferent de valoarea unghiului , defazajele dintre căderile de tensiune și rămân constante, întrucât ele sunt determinate de vectorii , și .

Dacă toți fazorii căderilor de tensiune se împart cu curentul I ,rezultă diagrama fazorială din figura 3.18.:

Fig. 3.18. Diagrama fazorială

Pentru aprecierea comportării protecției de distanță la pendulări, diagrama fazorială a impedanțelor trebuie trasată în poziție corespunzătoare – în același plan în care se realizează și caracteristica de funcționare a releului (fig.3.19). Pentru a aprecia comportarea protecției de distanță din stația N , care ar avea o caracteristică de funcționare cu centrul în originea axelor de coordonate (jX, R ) și o zonă protejată cuprinzând o parte din linia L, se reprezintă impedanța cu punctul N în origine, se reprezintă de asemenea impedanțele și determinându-se punctele și , iar apoi se trasează dreapta perpendiculară pe mijlocul segmentului reprezentând în ipoteza:

dreapta de potențial nul. (3.54.)

Fig.3.19. Locul geometric al impedanței la pendulări

Pentru diverse valori ale unghiului , impedanța , proporțională cu impedanța sesizată de releul din N, va fi reprezentată de vectorul care unește punctul N cu punctul de pe corespunzător unghiului considerat.

Se constată că, din punct de vedere al comportării la pendulări, cea mai bună este caracteristica tip elipsă.

Într-adevăr, ținând seama de variațiile și la generatoarele care pendulează, se determină și se obțin curbe asemănătoare cu cele din figura 3.20.

Fig. 3.20. Dependența Z= f(Ө) în cazul pendulărilor

Releul de impedanță acționează când , iar nu depinde de și nici de .

Comportarea elementelor de pornire pe bază de curent, conectate la curenți pe

fază, în cadrul pendulărilor se deduc din următoarea diagramă, în care se indică valoarea instantanee a curentului din releu funcție de timp și curentul de pornire și de revenire ai releului.

Fig.3.21. Dependența I = f(t) în cazul pendulărilor

Cu privire la releul direcțional de putere, trebuie precizat că puterea fictivă la bornele releului direcțional de putere:

, (3.55.)

determinată de tensiunile și de curenții pe fază, poate avea în timpul pendulărilor valori pozitive și poate determina acționarea releului. Din acest motiv, protecția de distanță, se prevede în general, cu dispozitive speciale cu rol de a bloca acționarea releului în timpul pendulărilor.

Blocajul funcționării protecției de distanță la pendulări se poate realiza prin folosirea unuia din următoarele elemente:

elemente direcționale de putere activă și reactivă care controlează sensurile acestor puteri;

elemente de curent care sesizează variația în timp a curentului;

sisteme de blocaj care se bazează pe diferența de viteză cu care sunt străbătute două locuri geometrice ale impedanței (frecvent întâlnite în SEN );

sisteme de blocaj care se bazează pe sesizarea componentei de secvență inversă în tensiune sau în curent (folosită la protecțiile de distanță moderne);

filtre de secvență inversă (ICEMENERG București)

Filtrele de secvență inversă examinează expresia tensiunii de secvență inversă. Valoarea ei, raportată la tensiunile între faze, sau are forma:

, (3.56.)

unde:

. (3.57.)

Dar, conform teoremei a II-a a lui Kirchhoff:

, (3.58.)

deci:

. (3.59.)

Relația (3.56.), devine:

, (3.60.)

dar:

, (3.61.)

Deci, din (3.60.) și (3.61.) rezultă:

. (3.62.)

Schema principială a filtrului de tensiune este dată în figura 3.22, în care , , și reprezintă impedanțe de forma R+jX.

Fig.3.22. Filtru de tensiune de secvență inversă

Tensiunea pe fază, de secvență inversă este:

. (la fel rezultând și pentru celelalte faze) (3.63.)

3.2.12. Caracteristici de temporizare ale protecției de distanță și realizarea lor

Caracteristica de temporizare este curba care reprezintă variația timpului de acționare al protecției în funcție de distanța până la locul defectului. În prezent se folosesc de obice caracteristicile de temporizare în trepte , figura 3.23..

Fig.3.23. Caracteristica de temporizare în trepte

Denumirea lor este determinată de creșterea timpului de acționare în trepte, sub formă de salturi, odată cu creșterea distanței. Temporizările protecției rămân în acest caz constante în limitele anumitor distanțe, care se numesc ˝ zone ˝.

Astfel avem:

este zona I;

este zona II;

este zona III, etc.

Un releu de distanță cu o asemenea caracteristică de temporizare are mai mulți timpi de acționare (de obicei 3 sau 4 ), fiecare corespunzând unor anumite zone.

Astfel pentru o distanță mai mică decât declanșarea se produce rapid, la timpul (aproximativ 0,1 secunde); acesta se numește treapta I de timp a protecției, iar distanța zona sau treapta I de distanță a acesteia.

Un defect este eliminat de protecția de distanță, în funcție de distanța la care s-a produs astfel:

Atât treptele de distanță, cât și cele de timp, sunt în general reglabile. Eroarea în aprecierea distanței la releele în bună stare, în general,nu depășește 20%, cu unele excepții, iar erorile în realizarea temporizării sunt de ordinul celor considerate posibile la toate releele de timp. Cu aceste erori posibile, prin folosirea unor relee de distanță cu o caracteristică de funcționare în trepte, se poate realiza, chiar și în rețele cu configurații complicate, o protecție selectivă, cu timpi scurți de deconectare a defectelor din apropierea surselor.

Mai există și protecțiile de distanță cu caracteristici de temporizare în pantă și combinate, figura 3.24, care asigură coordonarea mai ușoară și mai sigură a parametrilor protecțiilor din sectoarele vecine. Pentru realizarea lor este necesară o combinație complexă din punct de vedere constructiv a elementelor de distanță cu elementele de temporizare. Trebuie avută în vedere și mărirea timpilor de deconectare a defectelor, în cazul folosirii caracteristicilor în pantă.

Fig.3.24. Caracteristici de temporizare în pantă (a) și combonate (b)

De aceea, în noile variante constructive ale protecției de distanță nu se utilizează, în general aceste caracteristici, ci numai caracteristici în trepte.

3.2.13. Stabilirea reglajelor protecției de distanță

Stabilirea reglajelor protecției de distanță implică stabilirea valorilor de pornire primare, respectiv secundare a elementelor de pornire, a elementelor de măsură pentru diferite zone de distanță, cât și a temporizării acestora, verificarea sensibilității protecției.

3.2.14. Erori posibile în determinarea distanței

Pentru realizarea unei protecții selective, o primă problemă în vederea stabilirii reglajelor este aceea a erorilor posibile în determinarea distanței. Aceste erori se datorează atât calității releelor și determinării inexacte a constantelor liniilor, cât și însuși principiului de măsurare ( pentru treptele a II-a, a III-a și a IV-a ). Eroriile în aprecierea distanței, datorită calității releelor, în general nu depășesc 20% din lungimea liniei protejate.

Determinarea incorectă a distanței în treptele superioare, ca urmare a însuși principiului de măsurare, rezultă din exemplul prezentat în figura 3.25..

Fig. 3.25. Rețea protejată cu o protecție de distanță

Pentru orice defect apărut pe linia AB, protecția de distanță Z a acestei linii, amplasată în stația A, determină corect distanța, deoarece impedanța măsurată de releu corespunde împedanței specifice a liniilor , (de secvență directă). În cazul unui scurtcircuit trifazat în punctul B, tensiunea de fază în A va fi:

, (3.64.)

iar raportul dintre tensiunea de fază și curentul de fază,pe care-l măsoară releul, va fi:

. (3.65.)

În cazul unui scurtcircuit pe linia BC, de exemplu în punctul K, tensiunea de fază în punctul A va fi:

, (3.66.)

unde:

este impedanța liniilor, de secvență direcță (+), măsurată de releu;

este curentul total de scurtcircuit;

este curentul de scurtcircuit care circulă prin linia AB;

reprezintă lungimea liniei AB, respectiv segmentul BK (până la locul de defect).

Protecția de distanță din punctul A măsoară raportul:

. (3.67.)

Deci, impedanța măsurată de protecție diferă de cea reală și este egală cu impedanța liniei proprii însumată cu impedanța porțiunii din linia vecină până la punctul de defect, înmulțită cu raportul dintre curentul total de defect și curentul liniei proprii. Acest raport, care deformează măsura se numește ˝ coeficient de ramificație ˝ sau ˝coeficient de repartiție ˝ și se notează cu .

Coeficientul de ramificație este cu atât mai mare cu cât sursele care debitează în stația B, în paralel cu linia protejată, au o putere mai mare și are ca efect micșorarea zonei de acțiune din stația A. Datorită acestui coeficient, distanța măsurată de protecția din A, în cazul unui defect pe linia BC este mai mare decât cea reală. Sunt cazuri când acest coeficient este subunitar și are ca efect măsurarea unei impedanțe mai mici decât cea reală, adică o mărire a zonei de acționare a protecției, în cazul în care în stația B nu există o sursă de energie,ci o a doua linie.

3.2.15. Calculul reglajului elementelor de pornire

Dacă elementele de pornire sunt realizate prin relee maximale de curent, reglajul lor se face după relațiile:

, (3.68.)

. (3.69.)

unde:

Sensibilitatea acestor relee este relativ mică. Dacă nu se poate asigura sensibilitatea necesară se impune folosirea ca elemente de pornire a releelor de distanță, relația:

. (3.70.)

În acest caz mărimea de pornire se deduce pornind de la condiția necesară readucerii releului în poziția inițială, după deconectarea unui scurtcircuit exterior, adică:

, sau , (3.71.)

cu , iar impedanța de regim minimă la bornele releului:

. (3.72.)

Se știe că între impedanța de revenire și cea de pornire există relația:

Sensibilitatea elementului se verifică cu ajutorul relației:

. (3.74.)

în care prin s-a notat impedanța liniei pe care este montată protecția de distanță, iar prin impedanța liniei din aval de linia protejată prin protecție.

Elementele de pornire pe bază de impedanță se realizează cu ajutorul releelor de distanță fără temporizare, având caracteristica de funcționare în planul complex un cerc cu centrul în originea axelor de coordonate, sau uneori cu centrul deplasat în planul impedanței.

Se deosebesc relee la care impedanța de pornire este funcție de curentul care trece prin releu (caracteristica 2), sau la care este independentă de valoarea curentului prin releu (caracteristica 1), figura 3.26..

Fig.3.26. Caracteristica pentru relee de pornire de impedanță

3.2.16. Calculul reglajului elementului de măsură a distanței

Modul concret în care se stabilesc reglajele protecției de distanță a liniei AB (care face parte dintr-o rețea complexă), din stația A (figura 3.27.), se poate înțelege pe baza schemei din exemplul următor:

Fig.3.27. Stabilirea reglajelor protecției de distanță pe o porțiune de rețea

Zona I () se alege ținând seama de eroarea posibilă în funcționarea elementului de măsurare al protecției și reprezintă 80% din impedanța liniei protejate.

, (3.75.)

unde: este coeficientul de siguranță;

. este impedanța reglată (impusă) pentru Zona I;

este impedanța liniei.

Zona I a protecției 1 se calculează cu relația:

, (3.76.)

unde .

În mod asemănător se alege și zona I () a protecției liniei BC, din stația B și similar pentru fiecare linie care este conectată la sistem.

Timpul al treptei I nu este reglabil. El este determinat de timpul propriu de acționare al releelor care constituie protecția de distanță și variază între 0,1 și 0,3 secunde în cazul protecțiilor clasice și mai puțin în cazul protecțiilor numerice (digitale).

Zona II () se alege astfel încât să satisfacă următoarele condiții:

a) să fie selectivă în raport cu treapta a II-a a protecției de distanță de pe liniile din aval care pleacă de pe barele de la capătul liniei protejate, să se poată alege un timp numai cu o treaptă de timp mai mare decât timpul treptei I (rapide) a acestei protecți.

Pentru exemplul din figura 3.27., zona a II-a a protecției de distanță din punctul 1, trebuie să fie selectivă în raport cu treapta a II-a a protecției de distanță 3 și 7 de pe liniile și , adică:

(3.77.)

unde:

este coeficientul de ramură și are aleasă valoarea minimă posibilă de

funcționare,

este 0,8.

În mod concret avem:

(3.78.)

unde:

reprezintă coeficienții ramurilor 1 și 2;

reprezintă intensitățile curenților care circulă prin linia 1 și linia 2,

de la bare spre locul de defect;

reprezintă intensitățile curenților care circulă prin linia 1 și linia 4 de

la bare spre locul de defect.

b) să fie selectivă în raport cu protecția transformatorului din stația de la capătul liniei. Defectele de pe bara trebuie deconectate de protecția maximală de curent temporizată a transformatorului din stația B.

Notând impedanța minimă a transformatoarelor din stație cu , rezultă:

(3.79.)

unde diferă de în raport cu linia și se calculează pentru defecte după transformator. De asemenea este diferit de pentru că impedanța rransformatorului are un nughi diferit de cel al impedanței liniei. De obicei se alege și

Pentru trebuie aleasă valoarea minimă rezultată. Notând această valoare cu , se poate scrie expresia ei raportată la secundar:

(3.80.)

c) Zona a II-a trebuie să asigure sensibilitate suficientă în raport cu întreaga linie protejată. Această condiție se verifică cu relația:

(3.81.)

Valoarea treptei a III-a a protecției se alege asemănător cu treapta a II-a a protecției liniei alăturate.

Valoarea treptei a IV-a a protecției de distanță, nu este o treaptă de măsurare, se alege de obicel astfel încât să permită circulația pe linie a puterii maxime. Acționarea în treapta a IV-a a protecției de distanță este delimitată de elementul de pornire. Sensibilitatea elementului de pornire se verifică astfel încât să fie asigurată acționarea la defecte apărute la capătul opus al elementului următor celui protejat. Pentru rețeaua din figura anterioară avem:

(3.82.)

Dacă nu se îndeplinește condiția de sensibilitate se vor folosi ca elemente de pornire, în locul releelor de impedanță pură, relee de admitanță mixtă sau relee cu caracteristică elipsă.

După alegerea caracteristicilor protecțiilor, acestea se reprezintă pe scheme comune pentru întreaga rețea sau pentru porțiuni ale acesteia.

3.2.17. Comportarea protecției de distanță la defecte în circuite secundare și blocajele prevăzute pentru astfel de situații

Protecțiile de distanță sunt prevăzute cu blocaj împotriva acționărilor greșite la defecte în circuitele transformatoarelor de tensiune, când unele dintre tensiunile aplicate releelor, sau toate tensiunile, pot deveni nule și se anulează, conducând la condiția de acționare .

În cazul defectelor în circuitele transformatoarelor de tensiune, protecția de distanță cu elemente de pornire pe bază de curent nu pot să pornească, neexistând un scurtcircuit în zona respectivă. De aceea, la aceste protecții de distanță este suficientă semnalizarea apariției defectului în circuitul transformatoarelor de tensiune.

Protecțiile de distanță cu elemente de pornire pe impedanță pot să acționeze greșit în cazul unui defect al circuitelor de tensiune. . De aceea, aceste protecții de distanță se prevăd cu relee de tensiune care controlează circuitul transformatoarelor de tensiune și blochează protecția de distanță în asemenea situații nedorite. Se practică, în acest scop, utilizarea unui filtru de secvență homopolară, figura 3.28., conectat în circuitul secundar al transformatorului principal de tensiune TT.

Fig.3.28. Schema de blocare a funcționării protecției în cazul unei defecțiuni în circuitul secundar al TT(transformatoarelor de tensiune)

La noi în țară se folosesc relee de blocare bazate pe asimetria tensiunilor și compararea tensiunilor din bobinajele secundare diferite ale unui transformator de tensiune, sau dintre tensiunile secundare ale transformatoarelor de tensiune instalate pe bare și ale transformatoarelor de tensiune instalate pe linie (la dispariția tensiunilor alternative pe toate cele trei faze).

3.3. SCHEME CLASICE ALE PROTECȚIILOR DE DISTANȚĂ CU RELEE

O protecție de distanță pentru a acționa corect la orice fel de scurtcircuit, indiferent de locul acestuia și de fazele afectate, ar trebui să aibă relee separate conectate la curenți și tensiuni pe faze sau dintre faze corespunzător pentru felul defectului la care trebuie să acționeze. În vederea reducerii numărului de relee din schemă fără a se afecta domeniul de acționare, schemele de protecție de distanță se prevăd cu posibilități de comutări în circuitul de tensiune și uneori și în cel de curent al releului, astfel încât bobinele respective ale releelor de impedanță să fie alimentate cu mărimile caracteristice defectului.

3.3.1. Generalități

Funcționarea în ansamblu a dispozitivului complex pe care îl constituie protecția de distanță poate fi reprezentată prin schema bloc din figura 3.29.

Protecția de distanță este racordată la înfășurările secundare ale transformatoarelor de curent TC și de tensiune TT. La apariția unui defect, intră în funcțiune elementele de pornire P. releele intermediare excitate de elementul de pornire, din blocurile și aleg, în funcție de felul defectului, tensiunile și căderile de tensiune produse de curenți în rezistențele R, care se aplică elementului direcțional D și celui de măsurare Z pentru a se determina corect direcția și distanța. Comanda de declanșare se transmite, prin intermediul elementului de timp T, releului intermediar final RF, în momentul în care sunt închise simultan:

contactele elementului de măsurare Z ;

cele ale elementului direcțional D;

cele ale dispozitivelor de blocare contra pendulărilor BP;

cele ale dispozitivelor de blocare contra defecțiunilor din circuitul transformatoarelor de tensiune BTT.

Fig.3.29. Schema bloc a unei protecții de distanță

3.3.2. Protecții de distanță utilizate pe liniile de înaltă și foarte înaltă tensiune

Protecțiile de distanță clasice, folosite în exclusivitate până în anii 1975-1980, realizate cu relee cu contacte, necesită elemente de comutare, relee intermediare și elemente de pornire pe fiecare fază, care să comute corespunzător circuitele de tensiune și curent în funcție de tipul defectului, atât la elementul de măsurat impedanța, cât și la elementul direcțional.

Releele de distanță cu comutație statică, cu caracteristică de acționare eliptică sau poligonală, prezintă avantajul realizării sub formă de complete separate, pentru scurtcircuite monofazate, respectiv polifazate, astfel se poate renunța la comutările din circuitele de tensiune și de curent ale protecției de distanță. Încercările făcute cu aceste sisteme de protecție au condus la înregistrarea unor erori, în zona protejată, sub și a unui timp de acționare în treapta rapidă (prima zonă) într-o plajă de valori situate între 17 și 40 ms (milisecunde).

În anexa 1. sunt prezentate principalele tipuri de protecții de distanță întâlnite în Sistemul Energetic Național, SEN.

3.4. PROTECȚII DE DISTANȚĂ NUMERICE

Circumscrise eforturilor de mărire a sensibilității, a rapidității și a siguranței în funcționare, cercetările referitoare la implementarea microcalculatoarelor în realizarea protecțiilor de distanță sunt de dată relativ recentă și, mai ales, de mare actualitate.

Utilizarea sistemelor numerice de protecție și a microcalculatoarelor de proces a deschis noi posibilități creșterii performanțelor protecției de distanță, inclusiv a fiabilității dispozitivelor de protecție.

Au fost elaborate diverse modele de calcul al impedanței, între care metodele numerice de derivare, în ipoteza unor tensiuni și curenți de formă perfect sinusoidală.

Influența armonicilor superioare, prezente în curba curentului, se poate reduce sau elimina prin aplicarea unor metode numerice de integrare.

Fig.3.30. Schema principială a unei protecții de distanță numerică

În schema din figura 3.30., s-au utilizat următoarele notații:

BI bloc intrare curenți;

BU bloc intrare tensiune;

MUX bloc distribuție date, multiplexor analogic;

CAN bloc de conversie analog – digitală;

IN bloc intrări numerice;

IE echipament de execuție;

UC unitate de calcul;;

PDD program de pregătire a datelor.

3.4.1. Sistemul de supervizare, comandă și achiziții de date SCADA

Sistemul de supervizare, comandă și achiziții de date SCADA, este tehnologia care permite unui utilizator să colecteze date, de la unul sau mai mulți senzori (surse de date) și/sau să trimită instrucțiuni de control limitate la acești senzori.

SCADA operează cu semnale de cod, dincolo de canalele de comunicație, astfel încât să genereze controlul echipamentelor RTU (convertoare analog/digital de intrare/ieșire).

Un sistem SCADA este alcătuit din două componente hardware principale:

Server (unul sau mai multe)
Acesta este conectat la elementele de proces prin intermediul automatelor programa-bile (PLC). Serverul este responsabil pentru toate datele culese din proces (realizează și baza de date, asigură comunicația cu PLC-urile din proces);

Client (Viewer) .
Este legat în rețea cu serverul, utilizează datele din acesta și asigură comunicarea cu operatorul uman. Poate lipsi la sistemele mici (serverul indeplinește și funcția de viewer).

Serverele sunt conectate la automatele programabile printr-o gamă foarte largă de drivere de comunicație (sute de drivere care asigură legătura practic cu toate PLC-urile de la echipamente). Un singur server poate comunica simultan cu mai multe protocoale (echipamente).

Serverele și viewer-ele sunt legate în rețea (Intranet). Tehnologia Web adoptată permite acum vizualizarea unui proces și prin mediul Internet.

Fig.3.31. schema unui proces industrial SCADA

SCADA asigură:

controlul – se pot citi și scrie/modifica orice parametru din proces (cu parolă);

vizualizarea – ecrane grafice, scheme sinoptice;

gestionarea alarmelor – sunt catalogate pe nivele de prioritate. Pot fi confirmate, șterse, arhivate, modificate. Se poate de exemplu trimite automat un e-mail predefinit la apariția unei anumite alarme;

baza de date – cel mai performant server de baze de date, Microsoft SQL Server. Permite accesul multiplu on-line la baza de date din server;

action calendar – permite definirea și executarea unor acțiuni, funcție de timp (calendar);

recipes – permite crearea, încărcarea în/din PLC a unor grupuri de setări de puncte;

report manager – permite crearea și generarea de rapoarte bazate pe mărimile din proces;

grafice – o multitudine de facilități, bazate pe tehnologia ActiveX:

multiple grafice în același ecran;

număr nelimitat de linii în același grafic;

culori, fonturi, stiluri, legende configurabile;

reprezentări de date în timp real sau din baza de date;

grafice funcție de timp sau grafice de tipul XY.

Construit după arhitectura CLIENT – SERVER, pornind de la un simplu calculator, acest sistem poate fi extins, de la un singur punct (nod), la o rețea complexă cu care se pot monitoriza procese industriale de dimensiuni oricât de mari.

Avantajele utilizării sistemului de supervizare, comandă și achiziții de date: SCADA

controlul funcțional deplin al procesului monitorizat;

creșterea sensibilă a productivității;

siguranță, robustețe, eforturi și cheltuieli minime de exploatare;

suport tehnic continuu asigurat de către furnizor.

Fig.3.32. Schema bloc a unui sistem de proces SCADA

Conexiunile între utilizatorii de proces (protecțiile anumitor echipamente) se realizează atât prin linii telefonice, fibră optică, cât și prin sistem radio. Un astfel de sistem complex de proces, care se desfășoară prin transmisie radio, este prezentat în figura 3.33..

Fig.3.33. Sistem complex de sistem SCADA

3.4.2. Protecția digitală complexă ˝ DIPA – 100 ˝

Releul digital de protecție complexă, DIPA-100 este un echipament care înglobează practic toate functiile de protectie-automatizare necesare pentru o linie electrică de 110 kV – 400 kV.

Echipamentul poate fi folosit de sine stătător sau cu integrare în teleconducere, grație extensiei DIPA-SCADA cu ajutorul căreia terminalul devine simultan un sistem de achiziție de date pentru aplicații EMS-SCADA.

DIPA-100 include urmatoarele funcții independente de protecție a liniei electrice:

protecție de distanță digitală PD, cu urmatoarele extensii:

sistem de blocaj la pendulații ;

interfață si logică de teleprotecție;

sistem de verificare-blocare la arderea sigurantelor circuitelor de tensiune cu comutare opțională pe maximala de curent de rezervă(DIPA-MAX);

protecție rapidă la închiderea întreruptorului pe defect (switch-on-to-fault)

protecție homopolară directionată ;

protecție maximală de rezervă (ca rezervă pentru DIPA-PD);

Următoarele funcții suplimentare completează necesitățile de protecție /automatizare / integrare în SCADA, pentru o linie electrică de 110 – 400 kV:

RAR M, RAR T, RAR M+T, cu verificare de condiții RAR ;

interfață om-masină ;

funcții speciale și de integrare în SCADA, care cuprind:

intefața de supervizare, mărimi binare/analogice și comunicație cu sistemul de teleconducere SCADA.miniACE ;

osciloperturbograf de linie SCADA.CDR ;

opțional, extensie de comandă în instalație prin SCADA, SCADA.CD ;

integrare în sistemul de protecție clasic ;

funcție de măsură locală (U, I, P, Q, f, Z, etc.)

Echipamentul DIPA 100 poate fi integrat atât în solutii clasice de protecție-conducere stații electrice cât și în sisteme noi cum ar fi sistemul distribuit de teleprotectie-teleconducere GALAXY, conceput de TELECOMM S.R.L. sau în alte sisteme.

DIPA 100 este realizată într-o structură multiprocesor, acumulând o putere de calcul de aproximativ 48 MegaFLOPS (48 mega-operații în virgulă mobilă pe secundă) prin utilizarea tehnologiei DSP de ultimă generație. Acest lucru a permis implementarea unor algoritmi numerici de calculare a impedanțelor și a diverselor condiții de blocare de o complexitate și de o stabilitate care să întrunească condițiile de siguranță necesare unui astfel de echipament.

Funcția de protecție digitală de distanță are urmatoarele caracteristici principalele :

număr elemente masură independente și simultane: 6 (R0, S0, T0, RS, ST, TR );

număr zone de declanșare: 5 ( fiecare zonă fiind de tip poligonal );

față-spate sau nedirecționat : 3;

demaraj direcționat : 1;

demaraj nedirecționat : 1;

pentru zona I-a există reglaje separate pentru caracteristica 1B (sensibilizare în corelatie cu RAR);

protecția permite reglaje de compensare a rezistenței arcului în orice treaptă, pe axa R a planului Z, la detectarea unor defecte cu pământul;

timp tipic de declanșare în treapta rapidă, inclusiv releul de ieșire cu contacte puternice : 25 ms.

timp maxim de declanșare în treapta rapidă, inclusiv releul de iesire cu contacte puternice : 30 ms. ( pentru Z/Z reglat 0,95 ) ;

elementul direcțional este cu sensibilitate nelimitată (buna comportare a direcției la scurtcircuite cu tensiune foarte mică);

domeniul de reglaj R, X pe fiecare treaptă: 0.01 – 650 , în pași de 0.01 ;

reglaj temporizări (pentru fiecare zonă): 0 – 6 sec., din 10 în 10 milisecunde ;

precizia măsurătorii impedanței : 5 % pentru I = ( 0,5 20 ) In;

precizia măsurării temporizărilor : ( 1% + 20 ms.), pentru treglat > 30 ms.;

coeficient de revenire : 5% ;

valoare minimă de acționare în curent : 0.2 In ;

blocaj la pendulații intern (după criteriul dZ/dt) și / sau extern ;

funcții de verificare plauzibilitate, mărimi măsurate realizate în timp real;

blocaj la lipsa tensiunii alternative:

intern ( ardere siguranțe: monofazat,bifazat și trifazat ) / extern ;

posibilitatea trecerii automate pe protecția maximală de curent în două trepte, ca element de rezervă;

declanșare mono și trifazată;

selectarea unei funcții de teleprotecție:

sensibilizarea protecției prin activarea Z1B la comanda de declanșare a întreruptorului din capătul opus ( accelerated underreach protection AUP)

sensibilizarea protecției la conectare pe defect (switch on to fault)

Fig.3.35. Caracteristica: trepte de

impedanță la DIPA – 100

3.4.3. Funcții speciale și integrarea protecției în SCADA

SCADA asigură funcții speciale necesare supervizării și integrării în sistemul de teleconducere-teleprotecție al stației.

Acest lucru este realizat prin compatibilizarea din punct de vedere extern a echipamentului DIPA-100 cu echipamentele de teleconducere ACE28S și cu cele de perturbografiere CDR, fabricate de TMM.

Extensia DIPA-SCADA înglobează componentele SCADA.miniACE, SCADA.CDR și SCADA.CD care sunt prezentate mai jos:

Fig.3.36.Schema bloc a protecției DIPA 100 și a instalației de teleconducere ACE

3.4.3.1. Interfața de supervizare mărimi binare / analogice și comunicații cu sistemul de teleconducere SCADA.miniACE

Această componentă conține toate facilitățile specifice echipamentului ACE 28S, care înglobează de asemenea, ca extensie, jurnalul de evenimente sintetizate de catre DIPA 100 , în cursul funcționării acesteia (EV).

EV realizează funcția de înregistrator de evenimente DIPA și are urmatoarele caracteristici:

memorează evenimentele numerice în bufferul miniACE-ului de 1024 evenimente ;

rezoluția temporală: o milisecundă;

generează și memorează evenimente la:

schimbare parametri ;

demaraje protecții ;

declanșare ;

evenimente specifice RAR / DAR ;

setare timp ;

ardere siguranțe și revenire din defect ;

schimbare de stare a unor semnalizări externe ;

alte schimbări de stare interne sau externe .

Dintre funcțiile specifice ACE28S, sunt prezentate elementele specifice supervizării și integrării în SCADA, realizate cu extensia miniACE în cadrul DIPA:

primele 16 intrări numerice ale echipamentului DIPA-100 sunt citite independent și de către miniACE;

miniACE posedă încă 16 intrări numerice proprii, prin care se pot citi alte informați binare specifice liniei, altele decât cele care sunt de interes direct pentru DIPA.

MiniACE asigură totodată și comunicația cu nivelul ierarhic superior de teleconducere prin intermediul urmatoarelor linii de comunicație:

interfața de adaptare la "field-bus"-ul izolat galvanic de tip buclă de curent multipunct tip TMM;

opțional, field-bus-ul poate fi de tip RS 485; viteza de comunicație este 9600 sau 19200 baud

optional, interfața de comunicație prin fibră optică (viteza de comunicație 9600 sau 19200 baud)

asigură comunicația prin protocol multipunct de tip TELECOMM sau RP 570 (optional).

3.4.3.2. Extensie teleconducere SCADA.CDR

Functia de osciloperturbografie de linie SCADA .CDR are urmatoarele caracteristici :

timp total de înregistrare: aprox. 30 secunde;

timpi de înregistrare:

durata preavariei: reglabilă, 50-400 milisecunde;

durata înregistrării tCDR: reglabilă 1000-18000 milisecunde .

se înregistrează 8 mărimi analogice (UR, US, UT, UH, IR, IS, IT, IH) și 32 binare .

3.4.3.3. Extensie de comandă în instalații prin SCADA și SCADA.CD

În situațiile când din rațiuni financiare nu se justifică montarea unui echipament de teleconducere de sine stătător, care să realizeze teleconducerea liniei electrice protejată de către DIPA-100, extensia SCADA poate fi completată cu modulul de comenzi în instalații prin SCADA, SCADA.CD.

Acest modul posedă 8 ieșiri prin releu independente de cele ale protecției, pentru comenzi prin teleconducere, care pot fi comadate prin intermediul extensiei SCADA.miniACE.

Prin introducerea acestui modul se poate realiza o protecție și o teleconducere integrată, minimizându-se costurile de implementare a unui sistem complet digital modern.

Modul de funcționare al echipamentului DIPA – 100 la protecția de distanță

Protecția de distanță utilizează următoarele mărimi de intrare analogice:

curenții iR(t), iS(t), iT(t);

curentul homopolar iH(t), măsurat de pe circuitul de nul;

tensiunile uR0(t), uS0(t), uT0(t);

tensiunile uRS(t), uST(t), uTR(t).

Tensiunea homopolară este sintetizată software. Opțional, DIPA 100 poate fi echipată cu extensia hard-soft PhDIR.TH, care permite preluarea tensiunii homopolare din secundarul conectat în triunghi deschis al transformatorului de tensiune.

Optional, DIPA 100 mai poate fi echipat și cu extensia hard – soft pentru măsurarea curentului de linie paralelă PD.LP.

După cum se poate observa, circuitele de intrare analogice sunt realizate cu redundanță (surplus informatic) 100%, lucru care permite detectarea în timp real a oricăror defectiuni pe partea de achiziție de date.

Astfel, curenții de linie se pot verifica din punct de vedere al integrității prin respectarea conditiei:

iR(t) + iS(t) + iT(t) iH(t);

În acelasi timp, trebuie ca fazorii corespunzători tensiunilor de linie și cei corespunzători tensiunilor de fază să respecte conditiile:

URS = US0 – UR0

UST = UT0 – US0 (3.83.)

UTR = UR0 – UT0

Protecția de distanță are implementat un algoritm complet digital, bazat pe prelucrarea esantioanelor de tensiune și de curent de pe canalele specificate.

Preluarea și prelucrarea eșantioanelor de curent și tensiune de pe canalele menționate se face în trei etape:

1. se eșantionează de 3 ori pe milisecundă toate canalele de curent și tensiune (se obține un echivalent de 60 puncte / perioadă);

2. se aplică un procedeu special de prefiltrare neliniară a setului de esantioane, în urma căruia rezultă un eșantion unic/milisecundă pentru fiecare intare analogică în parte. Algoritmul de prefiltrare asigură o rejecție eficientă a perturbațiilor ce pot apare nedorit pe canalele analogice, obținându-se o imunitate ridicată la zgomote;

3. eșantioanele prefiltrate, obținute cu o frecvență de eșantionare de 1 kHz (20 puncte / perioadă) sunt introduse în sistemul de filtrare digitală propriuzis.

În continuare se execută o filtrare în fereastra glisantă a tuturor intrărilor, în urma căreia sunt rejectate toate armonicele superioare ale curenților și tensiunilor. Se obtin fundamentalele curenților și tensiunilor, din care apoi se determină fazorii, de tip

FAZOR = a + j*b (3.84.)

descriși prin partea reală și cea imaginară.

Se obțin în acest mod fazorii: IR, IS, IT, IH, UR0, US0, UT0, URS, UST, UTR,

În continuare, toate prelucrările se execută asupra acestor fazori.

Protecția de distanță propriuzisă implementează independent și simultan 6 elemente de masură a impedantei:

cele 3 impedanțe față de pamânt: ZR0, ZS0, ZT0;

cele 3 impedanțe între faze: ZRS, ZST, ZTR.

Impedanțele Z sunt determinate în fiecare milisecundă.

Analiza defectelor în retelele electrice se bazează pe descompunerea sistemelor de curenți și tensiuni , în general nesimetrici, în trei sisteme simetrice :

de succesiune directă,

inversă

homopolarâ.

Pentru liniile electrice și transformatoare impedanța directă este egală cu impedanța inversă. De asemenea, trebuie reținut că în cazul defectelor impedanțele directe sunt întotdeauna prezente indiferent de tipul de defect, în timp ce impedanța homopolară este prezentă numai în cazul defectelor cu pământ.

Într-un sistem trifazat pot apare patru tipuri principale de defect:

trifazat: R-S-T, R-S-T-N;

bifazat la pământ: R-S-N, S-T-N, T-R-N;

bifazat izolat de pământ: R-S, S-T, T-R;

monofazat: R-N, S-N, T-N.

Relațiile între curenții de defect și tensiunile la locul de defect pentru aceste tipuri de defect se prezintă în figura următoare.

Analizând figura următoare, se constată că la defectele monofazate cu pământul, tensiunea de fază este zero, în timp ce pentru defectele bifazate și trifazate diferența tensiunilor de fază este zero. Măsurarea corectă a impedanței până la locul de defect impune aplicarea la bornele protecției de distanță a căderii de tensiune de pe bucla de defect. Din acest motiv este necesar a se masura în mod independent și simultan toate cele sase impedanțe ale buclelor fază-fază respectiv fază-pământ. În calculul acestor impedanțe se folosesc valori ale tensiunilor și curenților astfel încât să se determine corect impedanța până la locul de defect.

În cazul defectelor trifazate, tensiunile de fază la bornele protecției de distanță sunt proporționale cu produsul dintre impedanța directă a liniei și curentul de secvență directă, spre deosebire de cazul defectelor bifazate în care intervine și impedanța sursei până la locul de montare al protecției de distanță.

Fig.3.37. Ecuațiile curenților și tensiunilor la locul de defect

Ecuațiile curenților și tensiunilor la locul de defect (figura 3.32.) sunt prezentate în continuare:

(defecte trifazate)

(defecte bifazate ) (3.85.)

(defecte trifazate)

(defecte bifazate)

unde s-au notat :

– impedanța directă a liniei;

(3.86.)

componenta de curent de secvență directă la bornele protecției;

– curenții de linie la bornele protecției;

– tensiunile de fază, respectiv linie la bornele

protecției.

Se constată că în ambele cazuri impedanța masurată de protecție este:

(pentru bucla bifazată S -T) (3.87.)

prin considerarea tensiunii de linie respectiv curenților în măsura impedanței .

În cazul defectelor monofazate, de exemplu R-N, căderea de tensiune până la locul de defect este o sumă a căderilor de tensiune directă, inversă și homopolară între locul de montare al protecției și locul de defect:

(3.88.)

unde:

– componentele de secvență directă, inversă și homopolară ale curentului la bornele protecției;

– curenții de linie la bornele protecției;

– impedanța directă, respectiv homopolară a liniei până la locul de defect.

În acest caz tensiunea la bornele protecției va fi:

(3.89.)

Notând:

( factorul de pământ al liniei) (3.90.)

în general o marime complexă se obține:

(3.91.)

Se constată că impedanța măsurată de protecție:

(3.92.)

este egală cu impedanța liniei până la locul de defect, dacă la defecte monofazate se consideră tensiunea de fază () și curentul compensat ().

În cazul defectelor bifazate cu pământ, de exemplu S – T – N, tensiunile măsurate pentru buclele S – N, T – N și respectiv S – T sunt următoarele:

(3.93.)

dar:

reprezintă rezistența totală de trecere la locul de defect;

depind de componentele simetrice ale curenților de defect;

iar impedanțele buclelor vor fi :

(3.94.)

Ca urmare, pentru cazul defectelor bifazate la pământ, se preferă bucla fază – fază în locul buclelor fază – pământ, având în vedere că în acest fel se elimina influența rezistenței de trecere la locul de defect, impedanța masurată fiind proporțională cu distanța până la locul de defect.

Cele 6 impedanțe sunt calculate în paralel, după urmatoarele relații:

pentru scurtcircuite monofazate R-O:

(3.95.)

pentru scurtcircuite monofazate S-O:

(3.96.)

pentru scurtcircuite monofazate T-O:

(3.97.)

unde:

(factorul de pământ al liniei); (3.98.)

În calcule se utilizează același factor de pământ, KH, pentru toate zonele protecției de distanță:

pentru scurtcircuite bifazate R-S:

(3.99.)

pentru scurtcircuite bifazate S-T:

(3.100.)

pentru scurtcircuite bifazate T-R:

(3.101.)

Caracteristicile treptelor de impedanță de tip poligonal implementate în protecția digitală complexă DIPA 100 conțin, intrinsec informația de direcție, fiind poziționate în cadranul I (R>0, x>0) al planului impedanțelor.

Totuși, rezolvarea a cel putin două probleme majore și anume:

defecte foarte apropiate de locul de amplasare al protecției;

flexibilitatea schemelor de teleprotecție;

a condus la introducerea funcției de determinare a sensului curentului de defect.

Prin implementarea funcției de element direcțional se decide situarea defectului:

în direcție față, dacă curentul de defect circulă de la bare spre linie;

în direcție spate, dacă curentul de defect circulă de la linie spre bare;

Astfel, protecția declanșează în treapta I-a la defecte foarte apropiate () situate în aval de transformatoarele de curent respectiv, NU declanșează în treapta I-a, la defecte foarte apropiate () situate în amonte de transformatoarele de curent.

Pentru determinarea sensului de circulație a curentului de defect se procedează similar calculului impedanței de defect, dar se utilizează combinații de tensiuni ale fazelor sănătoase (neafectate de defect) și tensiuni memorate.

Tabelul următor prezintă valorile măsurate utilizate la determinarea direcției:

Mărimile aplicate elementelor direcționale

Stabilirea direcției, pentru fiecare buclă de defect, prin utilizarea mărimilor conform tabelului anterior, este absolut sigură în toate cazurile de defect (inclusiv, defecte evolutive în pauza de RAR-M) cu excepția scurtcircuitului trifazat foarte apropiat. În acest caz tensiunile remanente sunt practic zero și stabilirea direcției în baza acestora nu mai este posibilă.

Pentru rezolvarea acestei probleme, în cadrul DIPA 100 s-a implementat un sistem de utilizare a tensiunilor sincrone memorate, pentru stabilirea direcției. Trecerea pe sistemul de tensiuni memorate se face ori de cate ori toate tensiunile de fază scad sub un anumit prag Umemo dir., parametrizabil. Sistemul de tensiuni sincrone memorate este disponibil pentru o perioadă de 800 ms de la detectarea defectului. Acest interval de timp este suficient pentru eliminarea selectivă a unor defecte “în spate” de catre protecțiile din capetele liniilor adiacente.

Se recomandă urmatorul reglaj pentru pragul de trecere pe valori memorate:

(3.102.)

3.4.3.5. Caracteristica treptelor de impedanță

În scopul implementării protecției de distanță, s-a folosit o caracteristică de tip poligonal.

Treptele I, II, III

Primele 3 trepte se caracterizează prin mărimile de reglaj X1, R1, R1p (X2, R2, R2p respectiv X3, R3, R3p), ca în figura 3.38., unde este exemplificată treapta I.

Fig.3.38. Caracteristica de masură, treapta I

Caracteristica este de tip poligonal, având formate două zone, una pentru direcție față și una pentru direcție spate (zonele hașurate).

Cele două zone se formează cu ajutorul dreptunghiurilor date de X1 si R1 și a celor două drepte AD și CB.

Se formează urmatoarele suprafețe:

suprafața (0AEB) care reprezintă poligonul impedanțelor pentru “Direcție față” în cazul scurtcircuitelor fără pământ, mărimile de reglaj sunt X1, R1;

suprafața (0CGD) care reprezintă poligonul impedanțelor pentru “Direcție spate” în cazul scurtcircuitelor fără pământ, mărimile de reglaj sunt X1, R1.

În cazul defectelor cu pământul poate exista o rezistență mare de trecere la locul de defect.

Pentru aceste tipuri de defect este prevăzut un reglaj diferit pe axa R, dat de R1p. În acest caz protecția comută automat pe un al doilea set de suprafețe:

suprafața (0AEpBp) care reprezintă poligonul impedanțelor pentru “Direcție față” în cazul scurtcircuitelor cu pământ;

suprafața (0CGpDp) care reprezintă poligonul impedanțelor pentru “Direcție spate” în cazul scurtcircuitelor cu pământ;

Comutarea pe poligoanele corespunzatoare defectelor cu pământul se face automat de către DIPA – 100 în cazul defectelor monofazate.

Treapta I, poate fi înlocuită cu un set alternativ de reglaje, numit Treapta 1B, care defineste treapta I-a prelungită și care este comutată la comanda funcției RAR, în raport de modul în care acesta este programat .

Treptele IV și V – trepte de declanșare de demaraj

Pe lângă cele 3 trepte de declanșare, descrise anterior, DIPA100 mai dispunde de încă 2 trepte de declanșare, amândouă fiind legate de un poligon separat denumit poligonul de impedanță al demarajului.

Cele două trepte suplimentare se caracterizează prin următoarele:

treapta IV: declanșare pe demaraj direcționat;

treapta V: declanșare pe demaraj nedirecționat;

Pentru parametrizarea treptei IV trebuiesc setați parametrii specifici R41, R42, X41, X42, , în cazul defectelor fără pământ. Caracteristica de măsură pentru treapta IV, defecte fără pământ este prezentată în figura 3.39.

Fig.3.39. Caracteristica de masură, treapta IV pentru defecte fără pământ

Pentru parametrizarea treptei IV trebuiesc setați parametrii specifici R41p, R42p, X41, X42, p, în cazul defectelor monofazate. Caracteristica de masură pentru treapta IV, defecte monofazate se prezintă în figura 3.40.

Fig.3.40. Caracteristica de măsură treapta IV pentru defecte monofazate

Pentru parametrizarea treptei V, se utilizează aceeași parametri specifici ca pentru treapta IV (R41, R42, X41, X42, ,) în cazul defectelor fără pământ. Caracteristica de măsură pentru treapta V, nedirecționată, la defecte fără pământ, figura 3.41., se prezintă astfel:

Fig.3.41. Caracteristica de măsură pentru treapta a V-a, nedirecționată, la defecte fără pământ

Pentru parametrizarea treptei a V-a se utilizează aceeași parametri specifici ca pentru treapta a IV-a (R41p, R42p, X41, X42, p,) în cazul defectelor monofazate.

Caracteristica poligonală a demarajului, treptele a IV-a și a V-a, spre deosebire de caracteristicile celor trei trepte, se caracterizează, printr-o decupare pe direcția axei R, care evită acroșajul impedanței de sarcină Zsarc în cazul funcționării LEA puternic încarcată.

Ca și treptele I, II și III, treptele de demaraj au și ele parametri diferiți pentru defecte cu pământul, în scopul ținerii cont de rezistența de trecere la locul de defect.

3.4.3.6. Caracteristica de măsură de demaraj

Pentru aceasta există două seturi de parametri pe axa R:

R41 si R42 pentru defecete izolate;

R41p si R42p pentru defecete cu pământul.

Pentru treapta a IV-a, care produce declanșare direcționată, mai trebuiesc specificați și urmatorii parametri:

timp declanșare [ms] , [1 65000], reglabil in pasi de 1 milisec

direcție față , { DA , NU }

direcție spate , { DA , NU }

blocaj pendulații. , { DA , NU }

După cum se poate vedea, treapta IV poate produce declanșarea dacă sunt indeplinite simultan urmatoarele condiții:

timpul măsurat tMAS timp declanșare ;

ZMAS S ( Z TREAPTA_IV )

nu există condiții de blocaj la pendulații

unde suprafața S ( Z TREAPTA_j ) este, asemănător ca la treptele I – III, dată de formula:

S ( Z TREAPTA_4 ) = Directie fata * SFATA + Directie spate * SSPATE

Pentru treapta V, care produce declanșare în treapta de demaraj nedirecționată, se specifică, pe lângă parametrii comuni treptei IV, doar timpul de deconectare:

Timp Demaraj [ms] , [1 65000], reglabil în pași de o milisecundă.

3.4.3.7. Blocajul la pendulații

Pendulațiile de putere reprezintă un regim anormal de funcționare a sistemului energetic caracterizat de variații ale circulației de putere cauzate de alunecarea relativă a tensiunii generatoarelor în diferite puncte din sistem. Variațiile circulației de putere, deși mențin sistemele de tensiuni și curenți simetrice, determină variații ale impedanțelor măsurate de protecția de distanță (atât ca modul cât și ca fază ) care pot conduce la declanșarea liniei.

Ca rezultat al pendulațiilor de putere, impedanțele măsurate de protecția de distanță pot trece din zona de sarcină normală în zonele de acționare ale treptelor de impedanță și pot conduce la declanșare. În cazul unor pendulații care se amortizează (tranzitorii ) este important a se bloca acționarea protecției de distanță pe durata de manifestare a pendulațiilor.

Criteriul de detectare a pendulațiilor, implementat în cadrul DIPA 100 se bazează, pe existența, în perioada pendulațiilor:

a sistemului simetric de curenți ()

a unei viteze de scădere a impedanței mult mai mari, decât în cazul unui scurtcircuit.

Fig.3.42. Caracteristica de măsură de demaraj

Pentru studiul blocajului la pendulații se utilizează schema echivalentă a unei linii cu dublă alimentare, ca în figura 3.43.

Fig.3.43. Schema echivalenta pentru studiul pendulatiilor de putere

unde:

– impedanțele echivalente ale surselor raportate la barele stației ‘A’

respectiv ‘B’;

– t.e.m a sistemului la cele două capete ale liniei;

– impedanța directă a liniei;

– tensiunea, respectiv curentul măsurate de protecția de distanță.

În baza schemei din figura 3.38 se pot scrie urmatoarele relații:

(3.103.)

(3.104.)

(3.105.)

În relatia (3.105.), s-a considerat: – origine de fază, în capătul A al liniei,

iar modulul tensiunea electromotoare din capatul B al liniei, iar . (3.106.)

Impedanța măsurată de protecție este:

(3.107.)

Din relațiile (3.103.) si (3.104.) (3.108.)

unde:

(3.109.)

este impedanța totală a circuitului din figura 3.38.

Notand:

și (3.110.)

se obtine:

(3.111.)

respectiv:

(3.112.)

În scopul prevenirii acționării protecției de distanță în situații în care apar pendulații în sistem, DIPA 100 are implementat un sistem de blocaj la pendulații.

3.4.3.8. Sensibilizarea protecției la conectarea pe defect

Exploatarea rețelelor electrice de înaltă tensiune impune în anumite condiții ( de exemplu la încercarea liniilor după RAR nereusit) sensibilizarea protecției. Declanșarea în caz de defect este trifazată și conduce la blocarea RAR.

În cadrul DIPA-100 s-a implementat un sistem de sensibilizare a protecției care poate fi validat sau invalidat prin parametrizare corespunzatoare.

Schema logica echivalentă se prezintă în cele ce urmează și se compune din două secțiuni distincte:

secțiunea de recunoastere a condițiilor care impun sensibilizarea protecției, finalizată prin evaluarea variabilei logice SENS.ACTIVĂ;

secțiunea de sensibilizare efectivă a protecției, care conduce în caz de defect la declanșarea trifazată si blocarea RAR.

3.4.3.9. Blocajul la arderea siguranțelor

La implementarea blocajului protecției de distanță la dispariția tensiunii de măsură s-au considerat două scheme de principiu de alimetare cu tensiuni de masură a protecției .

b)

Fig.3.44. Scheme de principiu de alimentare cu tensiuni de masura a protectiei

Secundarele înfășurărilor de tensiune ce alimentează protecția, figura 3.45., s-au considerat, fie protejate cu câte o siguranță fuzibilă (a), fie protejate cu întrerupătoare automate de joasă tensiune (b).

Fig.3.45. Scheme de principiu de protectie a secundarului de tensiune

Schema logică echivalentă a implementării soft a condițiilor de ardere siguranțe (lipsa tensiuni de măsură la protecția de distanță) se prezintă în figura 3.46.:

Fig. 3.46. Schema logică de principiu a blocajului la lipsa tensiunii de masură

3.4.3.10. Functia de teleprotectie

Defectele situate spre capătul opus al liniei protejate și care nu sunt încadrate în zona treptei I-a, nu pot , de regulă, să fie eliminate rapid. Una din posibilitățile de eliminare rapidă a defectelor pe întreaga lungime a liniei, este de a utiliza funcția de teleprotecție.

Terminalul de protectie de linie DIPA 100 permite un transfer de informație cu protecția de distanță de la capătul opus al liniei protejate. În acest scop DIPA -100 dispune de o intrare optoizolată (“Teleprotecție”) destinată recepției unui semnal sosit de la capătul opus și respectiv dispune de o ieșire tip contact releu (“Teleprotecție”) destinată transmiterii unui semnal spre capătul opus al liniei.

Legătura între cele două capete ale liniei poate fi realizată prin cablu fir pilot sau canal de înaltă frecvențâ, esențial fiind punerea la dispoziție spre DIPA a unui contact liber de potențial având funcția logică de recepție, respectiv de a permite protecției DIPA 100 să acționeze printr-un contact de releu liber de potential.

Pentru funcția de teleprotecție DIPA 100 implementează două tipuri de scheme si anume:

sensibilizarea protecției utilizând zona treptei I-a B;

comparativa directională.

Logica schemelor permite declanșarea rapidă a defectelor pe întreaga lungime a liniei, chiar dacă linia este sub tensiune numai dintr-un capăt sau în cazul existenței la capătul opus al unei surse având putere de scurtcircuit redusă. Schema logică de principiu se prezintă în fig. 3.47..

La recepția unui impuls din capătul opus având semnificația de demaraj direcționat (spre linie), DIPA-100 verifică existența propriului demaraj direcționat (spre linie) și emite impuls de declanșare (dacă opțiunea este validată în cadrul meniului de parametrizare) sau transferă decizia spre zona treptei prelungite 1B (dacă s-a validat prin meniu această opțiune).

Pentru opțiunea de declanșare, impulsul se trece prin logica internă de RAR astfel încât declanșarea poate fi monofazată sau trifazată funcție de regimul RAR ales.

În cazul opțiunii de prelungire e treptei, decizia de declanșare și modul de interacțiune cu RAR-ul intern este determinată de încadrarea defectului în zona treptei 1B.

Schema prevede posibilitatea prelungirii impulsului recepționat cu un interval de timp setat în cadrul meniului de parametrizare, astfel încât să se poată asigura și funcționarea instalației DRRI din stație, în caz de refuz de declanșare al întreruptorului.

Fig.3.47. Principiul de funcționare funcției de teleprotecție

Logica de emisie prevede trei posibilități, opțiunile fiind parametrizabile prin meniu, și anume:

detectare defect (zona treptei de demaraj) condiționat de existența defectului în direcție față;

transmiterea în ecou a impulsului recepționat la indeplinirea condiției de întreruptor deschis. În acest fel se asigură declanșarea rapidă a întreruptorului din capătul opus. Acesta facilitate poate fi blocată dacă se parametrizează corespunzător opțiunea în cadrul meniului;

transmiterea în ecou a impulsului recepționat în cazul în care tensiunea scade sub un anumit prag, parametrizabil prin meniu. Aceasta facilitate permite menținerea funcției de teleprotecție și în cazul unei scheme primare de alimentare radială a stației B din stația A. La recepția impulsului din stația A și îndeplinirea condiției de tensiune, în stația B, DIPA – 100 retransmite impulsul spre stația A permițând declanșarea rapidă în stația A, chiar la un defect apropiat de stația B. Această caracteristică se poate valida sau bloca prin parametrizarea corespunzatoare a opțiunii în cadrul meniului.

Impulsul de emisie poate fi prelungit cu un interval de timp setabil prin meniu.

3.5. Protecția completă a unei linii de înaltă tensiune

Conform prescripțiilor în vigoare, pe liniile de înaltă tensiune se poate asigura protecția completă utilizând:

protecție de distanță, drept protecție de bază;

protecție homopolară în două trepte, drept protecție de rezervă.

Aceste funcții pot fi asigurate :

cu relee electromecanice cu contacte;

cu relee electronice realizate cu relee realizate cu tranzistoare sau cu relee realizate cu circuite integrate;

cu microcalculator.

4. STAND EXPERIMENTAL

Standul experimental al protecției de distanță este realizat în scop dedactic.

La realizarea practică s-a încercat să simulăm evenimente care se întâlnesc pe o linie de înaltă tensiune, cu neutrul legat la pământ, la apariția unui scurtcircuit monofazat R-O, atât pe o linie alimemtată de pe barele unei stații, defect direcționat în față, cât și pe o altă linie alimentată de pe aceleași bare ale stației, sau chiar pe barele staței, defect direcționat în spate. Un defect apărut în spatele protecției, pe o linie alăturată sau chiar pe barele stației, care nu a fost eliminat de propria protecție, trebuie să fie eliminat de protecția care alimentează defectul, cu ajutorul caracteristicii, direcționat în spate sau nedirecționat, pentru ca defectul să nu se extindă.

S-a folosit pentru realizarea practică, releul de distanță PD 3/2 , fabricat de ICEMENERG București.

Pentru realizarea montajului s-au folosit următoarele componente:

protecția de distanță PD 3/2 cu următoarele caracteristici principale:

mărimi nominale

tensiunea în circuitul operativ 220 Vcc;

tensiunea nominală curent alternativ 100 V – 50 Hz;

curentul nominal 5 A;

variații admisibile ale mărimilor nominale

variații ale tensiunii operative +20%……..-25%;

tensiune de durată 1,2 UN ;

curent de durată 2* In;

șoc de curent 50*In timp de 1 s.

divizor rezistiv 220/24 Vcc;

releu de blocaj la dispariția tensiunii RBDT;

s-au flosit la realizarea standului experimental și următoarele componente

releul de timp RT;

releul intermediar RI 13 R1;

transformator trifazat de tensiune TT;

transformatoare de curent TC;

contactorul C1;

contactorul C2;

punte redresoare 35 PM 10;

comutatorul K1;

comutatorul K2.

Protecția de distanță PD 3/2

Destinație

Protecția de distanță PD 3/2,cu funcționare bidirecțională, este destinată protecției liniilor electrice și a autotransformatoarelor de înaltă tensiune din rețele care funcționează cu neutrul legat la pământ, asigurând protecția la scurtcircuite între faze cât și între faze și pământ. Protecția dispune de două caracteristici în trepte ˝ distanță-timp ˝, câte una pentru fiecare sens de circulație a curentului de scurtcircuit în raport cu tensiunea de pe barele stației unde este montată.

Deoarece protecția este polarizată, caracteristica distanță – timp ˝ în fată ˝, este obligatorie succesiunea directă a fazelor atât în circuitele de curent, cât și în cele de tensiune.

Modul de funcționare al protecției

Protecția de distanță PD 3/2 are trei relee de pornire de impedanță minimă, structura fiind monosistem, cu un singur releu de impedanță minimă pentru măsurarea distanței și un singur releu direcțional.

Caracteristica ˝ distanță – timp ˝ este constituită din trei trepte direcționate ˝ în față ˝, două trepte direcționate ˝ în spate ˝ și o treaptă nedirecționată.

Releele de pernire și , sunt relee de impedanță minimă, având caracteristică circulară în planul impedanțelor, centrul caracteristicii se găsește fie în centrul axelor de coordonate, caracteristică necompondată, fie deplasat de-a lungul unei axe înclinate față de semiaxa mărimilor reale R, caracteristică compondată, ca în figura 4.1..

Deplasarea centrului cercului este fixată în sensul ˝ în față ˝, indiferent de sensul de circulație a curentului de scurtcircuit.

Pentru realizarea deplasării cntrului cercului, următorii parametrii sunt reglabili:

, reglaj continuu

0; 0,5; 0,7, reglaj în trepte

poz. = 1 2 3

reglaj în trepte

Fig.4.1. Caracteristica de pornire a releelor de impedanță

Releele de pornire se alimentează cu curentul de fază și cu tensiunea de linie , defazată în urma curentului cu , astfel: ; ; .

La scurtcircuite monofazate, alimentare cu tensiune a releului se comută la tensiunea de fază , fără ca aceasta să se modifice.

Releul de curent homopolar este alimentat cu curent din steaua înfășurării secundare a transformatoarelor de curent și are valoarea de acționare reglabilă, curentul homopolar se reglează în domeniul: , reglaj continuu.

Releul de măsură a distanței Z, este un releu de impedanță minimăcu caracteristică circulară în planul impedanțelor. Centrul caracteristicii se găsește fie în centrul axelor de coordonate, caracteristica necompondată, fie deplasat pe axa R , caracteristica compondată. În realitate centrul caracteristicii este deplasat pe o axă înclinată față de axa R cu un unghi de , figura 4.2., pentru a se evita eroarea de măsură datorată arcului electric de la locul de defect. Centru cercului caracteristic este normal deplasat pe semiaxa +R și se comută automat pe semiaxa –R în cazul defectelor ˝ în spate ˝.

Următorii parametrii sunt reglabili:

raza cercului, reglaj discontinuu – se reglează independent fiecare treaptă de impedanță astfel:

, pentru treapta I-a față; (4.1.)

, pentru treapta a II-a față; (4.2.)

, pentru treapta a III-a față. (4.3.)

, pentru treapta a spate; (4.4.)

, pentru treapta a spate. (4.5.)

deplasarea centrului cercului este reglabilă în patru trepte, una pentru caracteristica neconpondată, 00, și trei pentru compensarea rezistenței arcului electric, avănd maxim 60% din valoarea impedanței reglate la linii a căror impedanțe au argumentul 700, 750, 800.

Coeficientul de pământ (4.6.)

pentru echivalarea impedanței buclei ˝ fază-pământ ˝ cu bucla ˝ fază- fază ˝ reglabil în trepte, având valori cuprinse între 0,5……..1 sau 1……..2., releul se alimentează cu curenții și tensiunile fazelor defecte, selectate de releele de pornire și aplicate releului de impedanță Z prin intermediul releelor intermediare de comutație.

Fig.4.2. Releul de impedanță minimă Z pentru măsurarea distanței și treptelor de timp

Releele direcționale DF – DS, figura 4.3., se conectează după așa numita schemă de 900, adică între curentul fazei avariate și tensiunea dintre faze, defazată față de curent cu 900, adică ; ; , în felul acesta, cu excepția scurtcircuitelor trifazate foarte apropiate, se exclude zona moartă.

Releul DF acționează la circulația curentului dinspre bare spre linie, iar releul DS acționează la circulația curentului dinspre linie spre bare.

În cazul în care la un scurtcircuit nu acționează nici DF și nici DS, dar acționează releul de măsură a distanței Z, ceea ce se poate întâmpla numai la scurtcircuite în zona moartă, 0,25…….0,45m, se provoacă arbitrar acțiunea releului DF în scopu declanșării liniei.

Fig.4.3. reglajul releului direcțional DF-DS

Releele de impedanță minimă PR, PS, PT, Z, releele direcționale DF, DS funcționează după principiul comparării valorilor absolute ale unor funcții liniare (curent și tensiune), iar releul de curent homopolar P0, după principiul maximal.

Pentru ca aceste relee să poată lucra, este necesar un ˝ amplificator basculant tranzistorizat ˝, figura 4.4., care servește drept organ de nul în schemele de comparare la releele PR, PS, PT, Z, DF, DS și ca detector de nivel la releul P0. amplificatorul are la ieșire un releu cu contacte în gaz (reed) și este construit să funcționeze la tensiunea de 24 Vcc, alimentarea amplificatoarelor se realizează cu ajutorul divizoarelor de tensiune rezistive.

Fig.4.4. Amplificatorul basculant tranzistorizat.

Protecția fiind executată cu un singur releu de minimă impedanță Z și cu un singur releu DF – DS, acestea trebuiesc conectate ca în figura 4.5. din anexe, în fiecare caz de scurtcircuit, la tensiunile și curenții specifici scurtcircuitului dat. aceste comutări se realizează prin intermediul contactelor releelor de comutație R´, S´, T´, O´, acționate de releele de pornire P. Alimentarea releului de impedanță minimă Z și a releului direcțional D se realizează ca în tabelul 4.1. cu ajutorul schemei de comutație.

Releele de pornire PR, PS, PT și releul de curent homopolar P0 pun sub tensiunereleele intermediare: R, RI, S, SI, T, TTI, 0, 0I.

Releele A și AI sunt puse sub tensiune în momentul acționării releelor de pornire orin intermediul contactelor releelor RI, SI, TI. Prin contactul sestabilește circuitul de alimentare cu curent a releului de impedanță minimă Z, astfel se întârzie puțin alimentarea releului Z cu curent și se evită o eventuală declanșare intempestivă. Releul A este un releu intermediar de tip RI-10, care pentru a acționa într-un timp cât mai mic este supratensionat. Prin contactele acestui releu sunt alimentate cu curent continuu operativ releele de timp și de declanșare și sunt deșuntate intrările în amplificatoarele Z, D în vederea obținerii unei siguranțe mai mari în acționare.

La apariția unui scurtcircuit ˝ în față ˝ , și în porțiunea de 80% din lungimea liniei protejate, acționează releul DF în treapta I de distanță și este alimentat releul E, care comandă declanșarea întreruptorului C1 din figura 4.5. și prin intermediul contactului E1 întrerupe alimentarea releelor de timp. În caz contrar, releele de timp RT1, RT2, RT3 își continuă cursa, iar la închiderea contactului RT1f, temporizarea treptei a II-a, alimentează releele B și BI care alimentează cu tensiune releul Z, iar protecția comandă declanșarea întreruptorului în treapta a II-a. Pentru treapta a III-a se produce totul similar, doar că de această dată temporizarea este asigurată de releul RT2f care alimentează releele C și CI care comută releul de măsură a distanței pe impedanța treptei a III-a.

La apariția unui scurtcircuit ˝ în spate ˝, acționează releul DS și sunt alimentate releele Q și QI , care dacă funcționăm pe caracteristică bidirecțională, adică cu o caracteristică distanță – timp direcționată în față și cu o alta direcționată în spate releul îndeplinește următoarele funcții:

comută alimentarea cu tensiune a releului Z la polaritatea și valoarea treptei III în spate;

întrerupe alimentarea releelor B, BI, C, CI și pregătește alimentarea releelor M, N și NI.

După timpul reglat pe releele de timp, dacă defectul se află în zona a III-a, RT2p alimentează cu tensiune releul M, care prin contactul M4 alimentează releul E care comandă declanșarea în treapta a III-a. În caz contrar continuă temporizarea lui RT3p și se produce declanșarea în treapta a IIII-a, iar dacă nu se produce declanșarea în treapta a IIII-a, la închiderea contactului RT3f se excită releul D care comandă declanșarea în treapta a IV-a.

Protecția PD 3/2 are posibilitatea de prelungire a treptei rapide, cu ajutorul releelor W și B, prin care releul E se comută fără temporizare în treapta a III-a, prin alimentarea cu ( – ) pe borna (49) a releului. Această prelungire a treptei rapide poate fi comandată de dispozitivul RAR. De asemenea protecția PD 3/2 conține un dispozitiv propriu de blocaj la pendulații, care intră în funcțiune la scurtcircuite trifazate fără punere la pământ.

4.1.3. Exemplu de stabilire a reglajelor pentru protecția PD 3/2

A. Valori prescrise pentru releul PD 3/2 cu curentul nominal 5A

Impedanța de pornire;

Treptele ˝ distanță – timp ˝

în direcția liniei, ˝ în față ˝

în direcția barelor colectoare

Se utilizează compensarea erorii provocate de rezistența arcului electric, deci argumentul impedanței liniei este 800, iar raportuldintre impedanța homopolară (0) și impedanța directă (1) este :

(4.7.)

Înainte de funcționarea RAR-ului, la scurtcircuite pe linie, ˝ în față ˝ ,protecția va acționa în treapta a II-a de impedanță fără temporizare, iar în cazul unui scurtcircuit trifazat foarte apropiat, în zona moartă a releelor direcționale, protecția alege cu prioritate declanșarea corespunzătoare caracteristicii ˝ în față ˝.

Temporizarea blocajului la pendulații = 0,3 s.

Reglaje stabilite:

Relee de pornire

releul de măsură a impedanței:

deci, se vor fixa următoarele:

Caracteristici tehnice principale ale protecției PD 3/2

Mărimi nominale

curentul nominal: 5 A;

tensiunea nominală: 100 V;

tensiune de alimentare operativă: 220 Vcc.

Variații admisibile

curentul de durată 2 In;

șoc de curent 50 In timp de 1s;

tensiunea de durată 1,2 UN;

variații ale tensiunii operative +20%…..-25%;

Demarajul protecției, relee de minimă impedanță:

forma caracteristicii în planul impedanțelor cerc;

domeniul de reglaj al razei: r= 3……8;

coeficient de revenire: 0,94;

panta diametrului, reglabilă pentru 3 valori: ;

raportul rază/excentricitate reglabil : ;

precizia măsurarii: ;

curentul minim de acționare la U=0V I = 0,5 In;

releul de curent homopolar: 2,5…..6A.

Măsura impedanței de defect, releul Z:

forma caracteristicii în planul impedanțelor cerc;

domeniul de reglaj: ;

excentricitatea reglajului pentru a asigura

compensarea rezistenței arcului electric de

60% din impedanța reglată la linii cu argumentul ;

factorul de pământ:

precizia măsurii la ;

curentul minim de acționare 0,7 In;

Măsura direcției, releele DF și DS:

este efectuată de două relee direcționale, care acționează la sensuri opuse ale circulației de putere la defect;

unghiul maxim de sensibilitate:

sensibilitate: 0,15 V la 1,5 In și unghi maxim de sensibilitate;

la scurtcircuit trifazat în zona moartă: 0,25….0,45s acționează DF

Temporizări :

tempirizarea treptei I, =0V și I=4 In: ;

tempirizarea treptei I, la I=4 In și 0,9Z : 80……110 ms;

tempirizarea treptei a II-a: maxim 1,3 s, reglabil;

tempirizarea treptei a III-a și III: maxim 3,5 s, reglabil;

tempirizarea treptei a IV-a și IIII: maxim 9 s, reglabil;

tempirizarea blocajului la pendulații: maxim 0,5 s;

Protecția semnalizează fazele pe care s-a produs demarajul, treptele detemporizare parcurse, declanșarea la defect ˝ în față ˝, direcția ˝ în spate ˝, iar în cazul caracteristicii bidirecționale, declanșarea la defect ˝ în spate ˝.

4.2. Descrierea standului experimental

Standul experimental este realizat practic în scop didactic, pentru utilizarea lui în timpul laboratoarelor, astfel fiind mai ușor de explicat cursanților ceea ce se întâmplă în realitate, la apariția unui defect pe o linie electrică de înaltă tensiune cu neutrul legat la pământ.

Schema electrică a standului experimental este prezentată în figura 4.5., iar la realizarea ei s-au folosit următoarele componente:

releu de distanță PD 3/2;

divizor rezistiv 220/24 Vcc;

releu de blocaj la dispariția tensiunii RBDT;

releu de timp RT;

relee intermadiare RI-13;

transformator trifazat de tensiune TT;

transformatoare de curent;

contactorul C1, MOLLER (întreruptor);

contactorul C2, TELEMECANIQE;

punte redresoare 35 PM 10;

comutatoarele K1 și K2;

autotransformatorul AT;

butoane: NÎ pentru oprire; ND pentru pornire;

întrerupătoare electromagnetice (siguranțe fuzibile).

Releul de distanță PD 3/2, fabricat de ICEMENERG București, prezentat anterior este un releu clasic care mai deservește încă echipamente aflate în exploatare în sistemul energetic național SEN, dar acest tip de releu se înlocuiește cu relee digitale complexe.

Deoarece standul experimental este de uz didactic s-a folosit acest tip de releu deși instalațiile noi nu se mai echipează cu astfel de relee.

Conectarea protecției la transformatoarele de curent și tensiune s-a efectuat ca în figura 4.5..

Este obligatoriu ca la alimentarea standului experimental să se țină cont de succesiunea directă a fazelor, atât în circuitele de curent, cât și în cele de tensiune.

Este obligatoriu respectarea polarității la alimentarea cu tensiunea operativă continuă de 220 Vcc și de 24 Vcc.

Fig.4.5. Schema electrică a standului experimental

Pentru asigurarea alimentării standului cu tensiunile și curenții necesari funcționării s-au folosit următoarele componente:

pentru tensiunea alternativă de măsură de V – 50 Hz, transformator trifazat de tensiune TT;

S-a folosit drept transformatoare de tensiune, un transformator trifazat cu trei coloane alimentat la tensiunea trifazată de 0,4 kV care furnizează în circuitul secundar tensiunea de V – 50 Hz. În circuitele secundare ale transformatorului de tensiune, s-au folosit pentru protecție la scurtcircuit, trei întreruptoare electromagnetice, câte unul pe fiecare fază. Acest transformator asigură alimentarea cu tensiune alternativă a releelor de pornire, care sunt relee de impedanță minimă

pentru curentul de măsură, transformatoare de curent;

S-au folosit transformatoare de curent de joasă tensiune de tipul CITI-0, având raportul de transformare , deci constanta TC este .

Pentru alimentarea cu tensiune continuă a circuitelor operative, punte redresoare 35 PM 10;

Pentru alimentarea releului de distanță cu tensiunea operativă, 220 Vcc și

24 Vcc, s-a folosit divizorul rezistiv 220/24 Vcc, fabricat ICEMENERG București.

Divizorul rezistiv 220/24 Vcc este format dintr-un grup de rezistoare de putere, destinat, după cum îi spune și numele pentru divizarea tensiunii operative de alimentare de 220 Vcc. Se folosește principiul căderii de tensiune pe rezistoare și se culege la ieșire tensiunea de 24 Vcc pentru a fi utilizată la alimentare amplificatorul organ de nul și blocul releelor REED.

La bornele 1, 2, 3 și 4, releul de distanță primește informația care trebuie prelucrată de releele de minimă impedanță (de pornire) din circuitul secundar al transformatoarelor de curent TC, iar la bornele 10, 11, 12 și 13, ale releului de distanță, sunt aduse tensiunile din circuitul secundar al transformatoarelor de tensiune TT.

Curentul necesar pentru a simula defectul este injectat în circuitul secundar al transformatorului de curent, montat pe faza R, cu ajutorul unei înfășurări suplimentare, bobinate pe coloana fazei R a transformatorului de tensiune TT, deoarece este necesar ca tensiunea și curentul de pe aceeași fază a rețelei să fie în fază.

Pentru evitarea declanșărilor eronate, datorate arderii uneia sau mai multor siguranțe (declanșării unui sau mai multor întreruptoare electromagnetice) montate în secundarul transformatoarelor de tensiune, în circuitul de alimentare cu tensiune a circuitelor operative de 220 Vcc, s-a interpus un releu de blocaj la dispariția tensiunii RBDT, fabricat ICEMENERG. Acest releu blochează protecția de distanță la întreruperea mono, bi sau trifazată a buclei de măsură a tensiunii datorată arderii siguranțelor, defecțiunilor în circuitele de multiplicare a pozițiilor separatoarelor de bare etc. releul de blocaj la dispariția tensiunii, dispune de un contact normal închis, care la depistarea unei anomalii în circuitul de măsură al tensiunii, este acționat și astfel se întrerupe alimentarea cu tensiune a elementelor operative ale releului de distanță PD 3/2, deci protecția nu va acționa. Pentru a putea alimenta releul de distanță de la o singură sursă de tensiune operativă, s-a folosit un divizor rezistiv 220/24 Vcc. Acest divizor rezistiv a fost necesar deoarece releul de distanță are nevoie la alimentare a elementelor operative atât de tensiunea de 220 Vcc, cât și de tensiunea de 24 Vcc.

Releul de blocaj la dispariția tensiunii RBDT, figura 4.6., conține :

transformator de supraveghere a tensiunii pe bare;

filtru de tensiune homopolară;

transformator de supraveghere a tensiunii pe linie;

transformator de curent homopolar.

Fig.4.6. Schema electrică de principiu a RBDT

La executarea standului experimental s-au folosit doar filtru de tensiune homopolară și transformatorul de curent homopolar, deoarece s-a folosit grup de măsură doar pe bare și nu s-a folosit transformator de prezență tensiune pe linie, iar transformatorul de curent homopilar este alimentat din circuitul secundar al transformatoarelor de curent.

În cazul întreruperii, mono sau bifazată a buclei de măsură a tensiunii pe bare, arderea a una sau două siguranțe la transformatoarele de tensiune, la filtru de tensiune homopolară TTo apare tensiune de acționare a releului RTo. Ca urmare, se excită releul RTo, își închide contactul normal deschis RTo, iar prin intermediul contactelor normal închise ale releelor RIo și RI-1 este alimentată cu tensiune bobina releului intermediar RI, care prin intermediul contactului RI-2 întrerupe alimentarea cu tensiune a elementelor operative ale protecției de distanță. Pentru a se obține o viteză mare de acționare a releului intermediar, acesta este supratensionat, după acționarea sa se introduce în circuit rezistența R3 care asigură stabilitatea termică de durată a bobinei releului intermediar RI.

În cazul unui scurtcircuit monofazat sau bifazat, cu pământ, la filtru de tensiune homopolară apare o tensiune, care dacă este mai mare de 30% din tensiunea nominală pe fază produce acționarea releului RTo, în același timp curentul homopolar introdus în transformatorul TIo provoacă acționarea releului RIo. Releul RIo este astfel alimentat încât acționează mai rapid decât releul RTo și astfel blochează funcționarea releului intermediar RI, astfel protecția de distanță este lăsată să lucreze.

Releul de timp a fost introdus în schemă pentru a simula, după un timp prestabilit, un defect prin scurtcircuit monofazat cu pământ pe faza R.

Fiind o protecție de uz didactic s-au introdus în circuitul de tensiune de lucru contactele releului intermediar R1, considerând căci nu este necesar ca bobinele de tensiune să fie alimentate permanent, ci doar atât timp cât este linia cu tensiune.

S-a folosit un contactor, C1, care simulează funcționarea unui întreruptor de înaltă tensiune prin care este alimentată linia electrică protejată cu prin intermediul protecției de distanță PD 3/2.

Pentru a se putea arăta cursanților, funcționarea protecției în toate treptele de distanță și de temporizare, s-a introdus în circuitul de tensiune al fazei R (Radu) un autotransformator AT, autotransformator care are scoase patru mediane, patru valori ale tensiunii de măsură de pe faza R, la bornele comutatorului K2, comutator cu ajutorul căruia se injectează pe bornele bobinei de tensiune a fazei R, la releul de măsură de minimă impedanță, diferite valori ale tensiunii necesare în circuitul de măsură.

Deoarece valoarea intensității curentului care străbate bobina de curent a releului de minimă impedanță este practic constantă și reglată la 10 A și tensiunea aplicată la bornele bobinei de tensiune ale releului de minimă impedanță este variabilă, releul calculează distanța la care se presupune că s-a produs defectul și stabilește timpul după care defectul este eliminat, stabilind astfel zona de distanță și treapta de timp la care releul de distanță comandă declanșarea întreruptorului (C1).

Deoarece protecția de distanță PD 3/2 are structura, monosistem, având un singur releu de impedanță minimă pentru măsurarea distanței și un singur releu direcțional, caracteristica ˝ distanță – timp ˝, este constituită din trei trepte direcționate ˝ în față ˝ , două trepte direcționate ˝ în spate˝ și o treaptă ˝ nedirecționată ˝.

Releele de pornire, sunt relee de impedanță minimă, având caracteristică circulară în planul Z, centrul caracteristicii este fie în centrul axelor (caracteristica necompondată), fie deplasat de-a lungul unei axe înclinate față de semiaxa pozitivă R (caracteristica compondată) ca în figura 4.1., descrisă anterior.

Deplasarea centrului cercului caracteristic este fixată în sensul liniei electrice (în față), indiferent de sensul de circulație a curentului de scurtcircuit. Centrul cercului caracteristic este normal deplasat pe semiaxa +R(chiar și la defecte ˝ în față ˝) și se comută automat pe semiaxa –R la defecte ˝ în spate ˝.

Releul direcțional figura 4.3. acționează pe caracteristica DF la circulația curentului de la bare spre linie, iar pe caracteristica DS la circulația curentului de la linie spre bare.

În cazul în care scurtcircuitul se produce la o distanță mai mică de 0,45 m față de locul de amplasare a protecției, tensiunea la bornele releului de măsură de minimă impedanță, pe faza defectă, este practic ˝ zero ˝,nu acționează nici releul direcțional ˝în față ˝ DF, nici ˝ în spate ˝ DS, acționează releul de măsură a distanței Z, iar declanșarea se produce arbitrar prin acționarea releului direcțional ˝ în față ˝ DF.

Reglaje efectuate la releul care echipează standul experimental

NTT = 110000 /100; NTC = 300 /5; Kz =9,2

Demaraj la minimă impedanță. U = 35,00 V la Iv =5,0 A, In =5A, Un=100V

Reglaje releu de minimă impedanță:

Elementul de masură a impedanței „ Z ”

4.3. Descrierea funcționării standului experimental

Standul experimental se alimentează cu tensiune trifazată 3 x 400 V – 50 Hz.

Pentru alimentarea liniei electrice, care trebuie supravegheată de protecția de distanță, trebuie să avem alimentate cu tensiune operativă de 220 Vcc, releul de distanță, releul de blocaj la dispariția tensiunii cât și divizorul rezistiv.

Întreruptorul liniei este înlocuit de contactorul C1, cu ajutorul căruia se alimentează linia electrică. Pentru conectarea contactorului C1, s-a folosit circuitul de comandă format din:

întrerupătorul electromagnetic e1, pentru protecția la scurtcircuit;

contactul releului intermediar RI-13, normal închis RI;

butonul de oprire cu revenire Bo;

butonul de pornire cu revenire Bp;

contactul auxiliar, 5 – 7, al contactorului C1.

La acționarea butonului de pornire Bp, bobina contactorului C1 este alimentată cu tensiune, se excită și atrage armătura mobilă, închizând contactele principale. Pentru ca după ce a primit impulsul de conectare, contactorul să rămână conectat, s-a realizat automenținerea cu ajutorul contactului auxiliar 5 – 7 al contactorului C1. Contactul releului intermediar RI-13, normal închis RI a fost necesar deoarece tensiunea operativă de alimentare pentru releul de distanță PD 3/2 este 220 Vcc, iar bobina contactorului C1 lucrează în curent alternativ.

Cu ajutorul releului de timp RT s-a realizat o temporizare, reglabilă în domeniul 1 s….1h (3600s) pentru asigurarea conectării contactorului C2, contactor prin contactele căruia este injectat la bornele de curent de măsură ale releului de minimă impedanță curentul de defect Idefect . Bobina contactorului C2 este alimentată prin intermediul contactului normal deschis, 9 – 11, al contactorului C1 și prin contactul 15 – 18 al releului de timp RT La sesizarea de către releul de minimă impedanță a curentului de defect, acesta fiind alimentat și cu tensiunea de măsură, calculează distanța la care sa produs defectul și respectând caracteristica ˝ distanță – timp ˝, reglată în prealabil, trimite impulsul de declanșare releului intermediar RI, releu care-și deschide contactul NÎ și întrerupe circuitul de alimentare al bobinei contactorului C1.

Astfel defectul este eliminat într-un timp scurt și nu este afectat sistemul electroenergetic. În același timp cu trimiterea impulsului de declanșare contactorului C1, releul de distanță, trimite impuls de pornire:

sistemului de Reanclanșare Automată Rapidă, RAR ;

dispozitivului de Declanșare de Rezervă la Refuz de Întreruptor, DRRI.

Atât RAR-ul, cât și DRRI-ul fac tema de discuție ale altor standuri experimentale.

Cu ajutorul comutatorului K1, este inversat sensul de circulație al curentului de defect prin bobina de curent de măsură a releului de minimă impedanță, astfel releul calculează într-un sens (direct) defectul ˝ în față ˝ (pe linie), îar în celălalt sens (invers), defect ˝ în spate ˝ (pe o altă linie alimentată de pe barele de unde este alimentată linia protejată, sau chiar defect pe barele stației).

Prin intermediul comutatorului K2, se injectează pe bornele de tensiune de măsură ale releului de minimă impedanță, tensiune de diferite amplitudini pentru a simula defecte la distanțe diferite față de locul unde este amplasat releul de protecție, astfel sunt calculate și stabilite declanșări în diferite zone de distanță și trepte de timp.

Pentru controlul prezenței tensiunii pe linie s-a folosit un voltmetru de curent alternativ, având constanta 110/0,1 kV.

4.4. Propunere de lucru a lucrării de laborator.

Standul experimental, Prodecția de Distanță, poate fi utilizat în laboratorul Universității pentru prezentare independentă a unui defect pe o linie electrică de înaltă tensiune cu neutrul legat la pământ, atunci când se urmărește prezentarea doar a protecției, dar poate fi utilizat și interconectat cu alte tipuri de protecții, deoarece releul de distanță PD 3/2 permite utilizarea de demaraje exterioare transmise de protecțiile de rezervă ale liniei, cum este în cazul de față Protecția Homopolară direcționată.

De asemenea standul permite interconectarea cu sistemul de automatizare RAR și cu dispozitivul de declanșare de rezervă la refuz de întreruptor DRRI.

Pentru a se putea realiza în laborator un stand complex de protecție și automatizare a unei linii electrice de înaltă tensiune cu neutrul legat la pământ, propun realizarea practică a următoarelor standuri experimentale:

protecția homopolară direcționată;

dispozitiv RAR cu unul sau două cicluri;

dispozitiv DRRI.

5. BIBLIOGRAFIE

5. BIBLIOGRAFIE