Un alt parametru foarte important îl reprezintă curentul nominal al rețelei sau al liniei. [307769]

[anonimizat], distribuție și utilizare a energiei electrice sunt prezente mai multe niveluri de tensiune: joasă, medie, înaltă și foarte înaltă tensiune. Fiecare nivel de tensiune presupune atât un nivel al izolației diferit cât și comandă și protecție specială.

[anonimizat], [anonimizat] (cazul disjunctoarelor și al siguranțelor diferențiale). [anonimizat], fiecare având un anumit rol. Un astfel de echipament îl reprezintă releul de protecție.

Un releu de protecție reprezintă un dispozitiv ce are menirea de a declanșa sau a [anonimizat] (LEA) sau despre linii electrice subterane (LES). [anonimizat].

[anonimizat]. Unul dintre acești parametri este tensiunea nominală a rețelei. Tensiunea nominală reprezintă tensiunea de lucru a rețelei sau a [anonimizat] a suferi vreo avarie.

Măsurarea tensiunii nu se poate face direct întrucât nivelul de tensiune este foarte mare. [anonimizat] o valoare pe care releul de protecție să o poată măsura.

Un alt parametru foarte important îl reprezintă curentul nominal al rețelei sau al liniei.

Curentul nominal reprezintă curentul ce traversează o linie fără a produce un regim de avarie. [anonimizat], fapt pentru care nu se poate face o măsurare directă a curentului pe fiecare fază. Pentru măsurarea lui se folosesc transformatoarele de măsură de curent. Acestea permit măsurarea curentului pe fiecare fază fără a fi necesară întreruperea conductorului.

Scopul lucrării

Siguranța rețelelor de transport și distribuție a energiei electrice este vitală atât pentru asigurarea unei bune funcționări a acestuia, cât și pentru asigurarea confortului și a [anonimizat], fie industriali. Astfel, pentru realizarea unei bune funcționări a [anonimizat], dedicate realizării acestora. [anonimizat].

Protecții prin relee

2.1 Clasificarea rețelelor electrice

Există diferite criterii de clasificare a rețelelor electrice. O clasificare rezultată din practica de exploatare a rețelelor electrice este prezentată schematic în figura 1.2.

2.1.1. [anonimizat], de la o țară la alta. Normalizarea tensiunilor a fost impusă de necesitatea producerii și utilizării cât mai raționale a echipamentelor componente ale rețelelor electrice. Valorile standardizate ale tensiunilor sunt în concordanță cu valorile recomandate de Comisia Electrotehnică Internațională (CEI).

Valorile normalizate ale tensiunilor utilizate în țara noastră sunt: 400 V pentru JT, 6, 10, (15), 20, (35) kV pentru MT, 110, 220 kV pentru IT și 400, 750 kV pentru FIT. Valorile tensiunilor standardizate se referă la tensiunile între faze, iar valorile puse în paranteză nu sunt preferate, fiind în curs de lichidare.

S-a constatat că raportul optim dintre doua tensiuni normalizate succesive este de 2÷3, pentru tensiuni medii și 1,5÷2, pentru tensiuni înalte și foarte înalte.

Deși există o mare diversitate de niveluri de tensiune standardizate în diferite țări, există o preocupare continuă pe plan mondial de a elimina aceste diferențe, în special la nivelurile de înaltă și foarte înaltă tensiune, prin intermediul cărora se realizează interconexiunea sistemelor din țările învecinate.

Tensiunea nominală a unei instalații, echipament sau aparat este valoarea tensiunii pentru care acestea funcționează normal și cu randament maxim. Tensiunea nominală este o mărime caracteristică echipamentului și se stabilește în corelație cu tensiunea normalizată a treptei respective de tensiune, de care poate diferi puțin, în funcție de locul pe care îl ocupă elementul respectiv în sistem.

La stabilirea tensiunii nominale a echipamentelor se ține seama de faptul că pe rețelele electrice apar pierderi de tensiune de până la 10% și pentru a le putea acoperi este necesar ca tensiunea la începutul liniei să fie mai mare decât cea de la bornele consumatorilor. Astfel, elementele dispuse la începutul rețelei, deci care funcționează în regim de „surse” (generatoare, înfășurările secundare ale transformatoarelor și autotransformatoarelor) vor avea tensiunea nominală cu (5÷10)% mai mare decât valoarea standardizată a treptei respective, în timp ce elementele dispuse la sfârșitul rețelei și care funcționează în regim de „consumator” față de elementele din amonte (primarul transformatoarelor de distribuție, consumatorii), vor avea tensiunea nominală egală cu valoarea standardizată a treptei respective.

Pentru o utilizarea eficientă a izolației liniilor electrice este de dorit ca pierderile de tensiune pe linii să fie repartizate simetric față de mijlocul lor. Astfel, tensiunea nominală a liniilor electrice este egală cu tensiunea standardizată respectivă și se atinge la mijlocul acestora.

Tensiune nominală a receptoarelor este egală cu tensiunea normalizată a treptei la care funcționează.

Tensiunea nominală a generatoarelor este cu 5% mai mare decât tensiunea standardizată a treptei la care sunt conectate.

În legătura cu transformatoarele și autotransformatoarele din rețea se evidențiază următoarele situații:

– primarul transformatoarelor de distribuție, care funcționează în regim de „consumator” va avea tensiunea nominală egală cu tensiunea standardizată a treptei respective;

– primarul autotransformatoarelor bloc sau a autotransformatoarelor (AT) din imediata apropiere a generatoarelor va avea aceeași tensiune nominală cu a generatoarelor, adică cu 5% mai mare decât tensiunea standardizată a treptei respective;

– secundarele transformatoarelor și autotransformatoarelor funcționează în regim de “sursa”. Tensiunea nominala a acestora este definită pentru regimul de mers în gol și se alege cu 10% mai mare decât valoarea standardizată a treptei la care sunt conectate, din care 5% acoperă pierderile de tensiune în transformatoare la funcționarea în sarcină, astfel că la începutul liniilor alimentate de acestea tensiunea va fi cu 5% mai ridicată decât tensiunea normalizată a treptei respective. În cazul autotransformatoarelor care alimentează rețele scurte, cu pierderi de tensiune neglijabile, tensiunea nominală a secundarelor se va stabili doar cu 5% mai mare decât valoarea standardizată a treptei respective.

În concluzie, tensiunile nominale cu care se calculează parametrii electrici ai elementelor de sistem se determină cu relația:

(1.1)

unde:

k=1 pentru consumatori, linii, primarul transformatoarelor de distribuție;

k=1,05 pentru generatoare, primarul transformatoarelor bloc, primarul autotransformatoarelor;

k=1,1 pentru secundarul transformatoarelor și AT.

Pentru valorile lui k, în exploatarea rețelelor electrice pot apare abateri cantitative, dar principiile calitative prezentate mai sus rămân valabile.

Stabilirea tensiunilor nominale pentru elementele unei rețele electrice este prezentată în figura de mai jos.

O altă problemă legată de tensiunea rețelelor electrice se referă la stabilirea benzilor de tensiune ale acestora, având în vedere faptul ca în exploatarea rețelelor electrice apar abateri ale tensiunii față de nivelul stabilit. La stabilirea benzilor de tensiune este hotărâtor modul de comportare a echipamentului. Astfel, tensiunea maximă admisă este impusă de nivelul de izolație a echipamentului. La această tensiune se asigură încă funcționarea de lungă durată a rețelei în condiții normale de siguranță și de continuitate în alimentarea consumatorilor cu energie electrică la parametrii de calitate impuși.

În timpul exploatării, ca urmare a unor incidente, nivelul de tensiune poate scădea, tensiunea minima admisă fiind impusă de funcționarea normală, din punct de vedere tehnic, a echipamentelor.

În legătură cu benzile de tensiune se fixează trei zone:

– zona favorabilă este aceea în care echipamentele funcționează în cele mai bune condiții sub aspectul solicitărilor electrice și mecanice. Majoritatea valorilor tensiunilor trebuie să se găsească în această zonă;

– zona admisibilă, conține valori care se situează în afara zonei favorabile, fiind mărginite de valorile minime și maxime admisibile ale tensiunii. Valorile din zona admisibilă, care pot fi atinse în exploatarea rețelei în situații mai deosebite, nu sunt de dorit cu toate că pot fi considerate ca valori normale ale tensiunilor. Echipamentul trebuie să se comporte corect în aceasta zonă, chiar dacă performanțele realizate sunt inferioare celor din zona favorabilă;

– zona extremă mărginește în exterior zona admisibilă și cuprinde situații foarte grele care apar ca urmare a unor incidente grave, dar rare. Astfel de situații urmează să se normalizeze în timp foarte scurt. Este de dorit ca echipamentele să funcționeze pe cât posibil corect și în asemenea condiții. Pentru delimitarea corectă și realistă a acestor zone, în cadrul SEE se efectuează permanent studii, se elaborează normative care țin cont de specificul SEE, de performanțele echipamentelor din componența sa, de cerințele consumatorilor privind calitatea energiei electrice și de aspectul economic.

În tabelul 1.1 se indică orientativ zonele favorabile și admisibile pe niveluri de tensiune pentru SEE național.

Tabelul 1.1

După tensiunea nominală rețelele electrice sunt de joasă, medie, înaltă și foarte înaltă tensiune. Încadrarea tensiunilor în aceste categorii se face în concordanță cu practica și experiența internațională, CEI nedefinind încă o asemenea clasificare.

Rețelele de joasă tensiune au tensiunea nominală mai mică de 1 kV (0,4 kV în SEN). Se folosesc pentru alimentarea receptoarelor de mică putere din instalațiile interioare ale construcțiilor civile și industriale, cum și în distribuția comunală și industrială.

Rețelele de medie tensiune, având tensiunea nominală 1 kV £Un£35 kV (6,10,(15), 20 (35) kV în SEN) sunt specifice distribuției urbane, rurale și industriale. Ele asigură alimentarea unuia sau mai multor transformatoare, având puterea de ordinul a câtorva zeci de kVA până la câteva sute de kVA; pot alimenta direct motoare de mare putere (sute de kVA).

Rețelele de înaltă tensiune, cu 35 kV<Un£275 kV (110 și 220 kV în SEN), asigură transferul unor puteri de ordinul zecilor de MVA până la (100÷200) MVA și distribuirea energiei electrice marilor aglomerări urbane și marilor consumatori industriali. În timp ce liniile de 220 kV sunt cu precădere linii de transport, cele de 110 kV sunt tot mai mult linii de distribuție de înaltă tensiune.

Rețelele de foarte înaltă tensiune, având Un³300 kV (400 și 750 kV în SEN) servesc la transportul pe distanțe mari (sute de km) a unor puteri de ordinul sutelor sau chiar miilor de MVA. Ele au adesea funcția de legătură sau de tranzit între sisteme.

2.1.2. Clasificarea rețelelor electrice din punct de vedere al destinației

Potrivit acestui criteriu se deosebesc următoarele tipuri de rețele: de transport, de distribuție și de utilizare.

Rețelele de transport asigură transportul unor cantități însemnate de energie electrică (zeci sau sute de MVA) la distanțe mari (sute de km) din zonele de producere spre cele de consum, realizând legături între principalele noduri ale SEE.

Transportul energiei electrice se face la înaltă și foarte înaltă tensiune (220 kV, respectiv 400 și 750 kV). Odată cu dezvoltarea SEN și introducerea treptelor de tensiune menționate, rețeaua de 110 kV s-a transformat treptat din rețea de transport în rețea de distribuție. Creșterea tensiunii în vederea transportului energiei electrice conduce la micșorarea pierderilor de energie și tensiune pe liniile de transport.

Rețelele de distribuție au o configurație mai complexă și transferă cantități mai reduse de energie electrică, pe distanțe mai scurte, asigurând distribuirea acesteia consumatorilor. Distribuția energiei la consumatori se face la înaltă tensiune (110 kV), medie tensiune (6÷20 kV) și joasă tensiune (0,4 kV), reducerea nivelului de tensiune realizându-se în stațiile de distribuție (110 kV/MT) și în posturile de transformare (MT/0,4 kV).

Conform ultimelor reglementări, rețeaua de distribuție de înaltă tensiune se numește rețea de repartiție, ea asigurând repartiția teritorială a energiei electrice precum și alimentarea unor consumatori mari, care au puncte de delimitare cu furnizorul la această tensiune.

Rețelele de utilizare asigură alimentarea cu energie electrică a receptoarelor. Ele pot fi casnice, când alimentează un mare număr de receptoare casnice de JT și mici motoare cu puteri cuprinse între câțiva W până la câțiva kW și industriale, când alimentează direct receptoare de JT și de MT, de puteri relativ mari.

În mod curent, la noi, prin rețele industriale se înțeleg rețelele de toate tensiunile, care servesc la alimentarea cu energie electrică a consumatorilor industriali.

2.2 Rolul și locul protecțiilor prin relee

2.2.1. Considerații generale

Protecția într-un sistem electroenergetic (SEE) este una din metodele de asigurare a funcționării acestuia și de limitare a avariilor sau regimurilor anormale ce apar într-un astfel de sistem. Principial, protecția se realizează prin dispozitive care asigură deconectarea automată a instalației în care a apărut defectul sau când a apărut un regim anormal de funcționare, periculos pentru instalație.

Deconectarea se efectuează prin comanda declanșării întreruptoarelor ce leagă instalația protejată de restul SEE.

Definițiile următoare fac parte din terminologia specifica sistemelor de protecție a sistemelor electroenergetice:

Sistem de protecție: un set de dispozitive de protecție și alte echipamente auxiliare necesare realizării unei anumite funcții de protecție, bazată, în general, pe Standardul IEC 60255-20.

Dispozitive de protecție: un set de dispozitive de protecție (relee, siguranțe, etc). Aici nu includem echipamente ca transformatoarele de măsura (TC și TT), întreruptoarele, contactoarele, etc.

Schema de protecție: setul complet de echipamente de protecție care furnizează o anumită funcție de protecție; cuprinde toate dispozitivele/echipamentele necesare pentru ca schema să funcționeze (ex. relee, TC-uri, TT-uri, întreruptoare, acumulatori, etc).

Schema funcțională a unui sistem de conducere de protecții prin relee

Obiectivele principale ale protecției electrice sunt următoarele:

-limitarea dezvoltării unui defect și eliminarea efectelor acestuia asupra celorlalte instalații ale SEE;

-preîntâmpinarea distrugerii instalației în care a apărut defectul prin întreruperea tuturor căilor care-l alimentează;

-sesizează regimurilor anormale de funcționare a instalațiilor și semnalizarea acestora în scopul de prevenție, cu scopul menținerii continuității alimentării cu energie electrică, protecția personalului de exploatare (și nu numai) și realizarea la un cost minim a reparațiilor ce pot să apară la o avarie.

De regulă, schemele de protecție sunt realizate pe baza releelor (clasice sau numerice).

Performanțele funcționale impuse schemelor de protecție:

Rapiditatea este necesară pentru ca o avarie să rămână fără urmări asupra funcționării instalațiilor neavariate (se are în vedere atât integritatea instalației, cât și menținerea stabilității dinamice).

Selectivitatea constă în deconectarea numai a elementului în care a apărut defectul obținându-se astfel o întrerupere a alimentării unui număr minim de consumatori și astfel permite lichidarea defectului în condiții optime, întrucât celelalte instalații neavariate vor rămâne în funcționare.

Unele protecții pot acționa numai la defecte, de exemplu scurtcircuite din interiorul zonei protejate. Aceste protecții posedă o selectivitate absolută și de aceea se numesc protecții absolut selective (de exemplu: protecțiile diferențiale).

De multe ori trebuie să se realizeze un compromis contradictoriu între performanțele de selectivitate și rapiditate. În funcție de importanța uneia sau alteia se poate alege fie rapiditatea, fie selectivitatea.

Sensibilitatea constă în sesizarea tuturor defectelor și regimurilor anormale de funcționare, chiar daca acestea se deosebesc foarte puțin de regimul normal de funcționare. Ea se apreciază printr-un coeficient de sensibilitate a căror valoare este stabilită prin normative.

Pentru ca o protecție sa fie sensibilă trebuie ca elementele componente ale schemei să consume o putere cât mai redusă pentru acționare.

Siguranța în funcționare (fiabilitatea) constă în acționarea acesteia întotdeauna când este necesar (siguranța la acționare) și numai când este necesar (siguranța neacționarii – absența/refuzul acțiunii false). Este necesar însă ca:

protecția sa fie corect proiectată;

echipamentul să fie fiabil.

Este indicat ca asigurarea performanțelor de funcționare să se facă cu un număr minim de componente.

Independența față de condițiile exploatării (de topologia SEE) la momentul respectiv.

Stabilitate în sensul de a păstra intacte toate circuitele pentru a se asigura continuitatea alimentării cu energie electrică.

La realizarea constructivă a dispozitivelor de protecție trebuie avute în vedere și o serie de alte condiții, care ar fi: eficiența economică, gabarite reduse, elasticitate în modificarea caracteristicilor de acționare, etc.

Zone de Protecție

Pentru limitarea ariei de sistem care este deconectată la apariția unui defect, protecția este aranjată în zone. Principiul este prezentat în figura de mai jos:

SEE

Zona 2

Zona 3

Feeder 1 Feeder 2 Feeder 3

Zona 6

Zone de protecție

Ideal, zonele de protecție trebuie să se suprapună, astfel încât nici o parte a sistemului sa nu rămână neprotejată.

Se poate observa că întreruptorul este inclus în ambele zone de protecție. Din motive tehnice și economice, acest ideal nu poate fi atins întotdeauna, astfel că transformatoarele de curent sunt poziționate doar de o parte a întreruptorului, ca în figura b.

K

Configurații de zone de protecție

TC poziționate de ambele părți ale întreruptorului;

TC poziționate de o parte a întreruptorului

Aceasta lasă o secțiune protejată incomplet, între TC și întreruptorul A. În figura b un defect în punctul K va face ca protecția barei colectoare să declanșeze și să deschidă întreruptorul, dar defectul va fi alimentat în continuare din feeder. Protecția feeder-ului nu va declanșa pentru că defectul s-a produs în afara zonei sale.

Această problemă este rezolvată prin inter-declanșări sau chiar printr-o formă de extindere a zonei, asigurând declanșarea și la celălalt capăt al feeder-ului.

Suprapunere zone de protecție

2. Protecții prin relee. Defecte și regimuri anormale

Principalele tipuri de protecții

La proiectarea schemelor de protecție trebuie avut în vedere că pot apărea situații când instalația afectată de defecte să nu fie deconectată datorită refuzului de acționare a protecției instalației respective sau blocării întreruptorului, fapt ce agravează efectele avariei. Preîntâmpinarea acestui lucru se face prevăzând pe lângă protecția de bază, o protecție de rezervă care să acționeze la nefuncționarea protecției de bază. Spre deosebire de protecția de bază care trebuie să asigure rapiditatea în acționare la defectele din zona căreia i-a fost afectată, protecția de rezervă acționează cu un timp mai mare decât cea de bază pentru a da posibilitatea primeia să funcționeze corect.

Protecția de rezervă poate fi organizată fie ca rezerva locală (se folosește o protecție suplimentară montată pe aceeași instalație protejată cu protecția de bază), fie ca rezervă de la distanță (se asigură de către tot o protecție de bază dar de la o instalație vecină și nu va mai fi selectivă dar este eficientă și la blocarea întreruptorului, lucru ce nu poate fi realizat de protecția locală).

S-a propus și asigurarea unor protecții de rezervă centralizată prin intermediul unor calculatoare.

Releele de protecție pot fi clasificate conform tehnologiei utilizate: Electromecanice; Statice; Numerice.

Principalele tipuri de protecție prin relee sunt:

Protecția de curent se realizează cu releu de intensitate (curent) și acționează la creșterea curentului ca urmare a unui scurtcircuit sau suprasarcini.

Protecțiile maximale de curent sunt simple dar neselective deoarece acționează atât la scurtcircuite interioare, cât și exterioare. Mai rar se folosesc protecții minimale de curent, care acționează la scăderea curentului, ca urmare a întreruperii circuitului protejat.

Protecțiile de tensiune sunt simple și sunt alimentate cu o singură mărime electrică.

Protecția minimală de tensiune acționează la scăderea U ca urmare a unui scurtcircuit. Nu sunt selective dar permit deosebirea unui scurtcircuit de o suprasarcină întrucât scăderea tensiunii este mult mai importantă în primul caz și deci protecțiile minimale de tensiune vor acționa.

Protecția maximală de tensiune se realizează cu relee maximale de tensiune și e mai rar utilizată,

Protecția direcțională acționează când apare o modificare importantă a defazajului între U și I din circuitul protejat.

Protecție direcțională

Variația de fază apare numai la unul din capetele de pe linia defectă.

Protecțiile direcționale sunt mai selective și se realizează cu relee direcționale, care acționează în funcție de sensul de circulație a puterilor. Fac parte din categoria protecțiilor complexe.

Protecția diferențială acționează când apare o diferență între valorile curenților la cele două capete ale zonei protejate.

Protecția de distanță se realizează cu relee de impedanță care acționează când impedanța Z a circuitului protejat se micșorează. Relee de impedanță sunt relee minimale. Ele pot asigura selectivitatea. Sunt protecții complexe.

Protecții cu filtre. La scurtcircuitele nesimetrice apar componente de secvență inversă iar la puneri la pământ componente homopolare.

Conectând relee cu filtre de componente simetrice se poate asigura acționarea protecției la anumite tipuri de defecte. 95% din defecte sunt nesimetrice și numai 10% din scurtcircuite sunt între faze, restul sunt cu punere la pământ.

Protecțiile termice acționează la creșterea temperaturii în timpul scurtcircuitelor sau suprasarcinilor. Se folosesc la generatoare, transformatoare și la motoare.

Protecții cu relee de gaze se folosesc la transformatoarele de forță prevăzute cu cuva cu ulei (montate între cuvă și condensatorul cu ulei)

Defecte și regimuri anormale

Defectele care pot apărea în instalațiile electroenergetice:

Defecte electrice

Scurtcircuite

monofazic:

scurtcircuit

punere la pământ

bifazic

metalice

simplă sau dublă punere la pământ

trifazice

contact metalic sau prin rezistență (arc) între cele 3 faze (scurtcircuit simetric)

suprasarcini și pendulații

Defecte mecanice

ruperi de conductoare sau de elemente de susținere

avarii în mecanica producerii energiei (întreruperea uleiului de răcire la bazine, nivelul de apă în tamburul cazanelor, etc.)

Defecte termice

incendii (în înfășurările generatoarelor sau transformatoarelor și în cablu)

Scurtcircuitul este cel mai grav defect și se poate produce între 3 faze, 2 faze sau o fază și pământ (la rețelele cu neutrul legat la pământ).

El constă din străpungerea (conturnarea) izolației și crearea pentru curent a unei căi de rezistență minimă, ceea ce face ca acest curent de scurtcircuit sa crească foarte mult. Valoarea mare a acestui curent a determinat o creștere a căderii de tensiune în generatoare și pe impedanțele pe care le străbate, ducând la o scădere a tensiunii în rețea și influențând în sens negativ funcționarea consumatorilor și a centralelor. Întrucât la locul scurtcircuitului tensiunea este aproape nulă, consumatorii aflați aproape de locul de defect sau în aval rămân nealimentați.

Curentul de scurtcircuit provoacă prin acțiunile sale dinamice sau termice și deteriorări, care pot fi destul de grave.

Scurtcircuitul poate apare sub două forme:

– scurtcircuit net (atingerea directă între faze);

– scurtcircuit prin arc, deosebit de periculos datorită mobilității arcului care poate să se deplaseze de la o fază la alta sau sări la aparatele din jur, extinzând astfel defectul.

Punerea la pământ este un defect tot din categoria celor care constau în deteriorarea izolației.

În rețelele cu neutrul izolat, punerea la pământ a unei faze nu ar constitui în sine un defect, dacă nu ar fi începutul unui defect mai grav, care degenerează în scurtcircuit, întrucât nu conduce la perturbații importante. Curentul de punere la pământ poate duce la o încărcare nesimetrică a generatoarelor ceea ce face să crească tensiunea, datorită caracterului capacitiv al încărcării și de asemenea la perturbații în liniile electrice din apropierea celei defecte.

Poate fi netă sau prin arc. Deosebit de periculos este arcul intermitent, care poate crea supratensiuni ce pot atinge valori de circa 3U faza: acest fenomen poate provoca apariția unei a doua faze pusă la pământ, ajungându-se la dubla punere la pământ.

În rețelele cu neutrul legat la pământ, punerea la pământ a unei faze este echivalentă cu un scurtcircuit monofazat.

Întreruperile conductoarelor duc la încărcări nesimetrice. Sunt rare și sunt însoțite de scurtcircuite sau de puneri la pământ.

Regimuri anormale:

– Suprasarcina se caracterizează prin aceea ca I > Inom și ea se datorează fie creșterii neașteptate a sarcinii, fie scăderii puterii surselor generatoare ceea ce poate determina fenomenul de avalanșă de tensiune

– Pendulațiile între generatoare sau centrale. La schimbări de regim variază u, E, producându-se oscilații pendulare, a căror amplitudine sunt cu atât mai mare cu cât schimbarea de regim este mai importantă și mai rapidă.

În multe cazuri, nu este fezabil să se protejeze o instalație (echipament) împotriva tuturor riscurilor folosind un releu care răspunde doar la o mărime electrică. Se va folosi o structura în care vor fi implicate mai multe mărimi electrice. În acest caz, fie se vor folosi mai multe relee, fiecare utilizând o singură mărime electrică, fie se va folosi un singur releu, cu mai multe elemente, care pot răspunde independent la mai multe mărimi electrice.

Descrierea releului

3.1 Descrierea generală

Releul REX 521 este utilizat în principal în substații de distribuție pentru a asigura protecția la scurtcircuit, supracurent și defecțiuni la pământ, precum și reîncărcarea automată a feederelor stațiilor. Releul poate fi utilizat în rețele de distribuție izolate neutre, rezonante, împământate și cu împământare rezistentă. Funcția sofisticată de suprasarcină, funcția de supraveghere de pornire și funcția de subtensiune fac releul o alegere ideală pentru protecția motoarelor de curent alternativ controlate de întreruptoarele medii și mari. Mai mult, funcția de stabilizare a curentului de pornire permite ca releul să fie utilizat pentru protecția în siguranță a transformatoarelor de putere și pentru protecția principală a transformatoarelor de distribuție. Releul REX 521 a fost, de asemenea, dezvoltat în continuare pentru a oferi o protecție eficientă din punct de vedere al costurilor.

REX 521 completează soluția ABB pentru protecția, controlul, măsurarea și supravegherea sistemelor de putere, variind de la relee de protecție de bază la alimentatoare avansate de protecție și terminale de control al bayului. Releul REX 521 oferă un set cuprinzător de funcții de protecție a alimentatorului îmbunătățit cu funcții de supraveghere, cum ar fi, de exemplu, supravegherea calității energiei. Suportul pentru senzorii de curent tip bobine Rogowski și separatoare de tensiune sunt, de asemenea, disponibile. Funcțiile avansate de colectare și analiză a datelor contribuie la îmbunătățirea eficienței operațiunilor dvs. de control, întreținere și gestionare a rețelei.

Îmbunătățirea disponibilității și siguranței sistemului Releul REX 521 prezintă o montare a condițiilor atât a sistemelor primare cât și a celor secundare ale stației, precum și a dispozitivului propriu-zis. Monitorizarea adaugă fiabilitatea operațională a protecției, ceea ce îmbunătățește considerabil siguranța personalului. Siguranța personalului a fost îmbunătățită, permițând închiderea întârziată a întrerupătorului de circuit atunci când întrerupătorul este controlat local prin HMI. Întârzierea de închidere a CB este reglabilă, dar poate fi de asemenea setată la zero pentru răspunsul imediat al controlului CB.

Releele REX 521 sunt integrate pe deplin în sistemele ABB de automatizare a distribuției și de management al rețelelor. Suportul pentru toate protocoalele și standardele majore de comunicare, inclusiv noul standard IEC 60850, face ca releul să se potrivească oricărui sistem de control și de gestionare a rețelei. Pe lângă protecție, REX oferă măsurători extinse, incluzând curbele de fază, curentul neutru, tensiunile de linie, tensiunea reziduală, frecvența sistemului, factorul de putere, puterea activă și reactivă, distorsiunea armonică totală (THD) și calitatea energiei. Orice eveniment îndoielnic din sistemul de alimentare poate fi înregistrat de către recorderul de perturbație cu frecvență mare de prelevare a probelor pentru o perturbare ulterioară sau o analiză a erorilor.

Releul REX 521 încorporează un număr mare de funcții de supraveghere pentru monitorizarea constanta a pregătirii operaționale a releului. Pe partea de intrare a releului circuitele de măsurare a tensiunii și a curentului sunt supravegheate continuu. Pe partea de ieșire a releului, circuitele de declanșare, inclusiv bobinele de declanșare CB, sunt supravegheate în mod constant pentru pierderea tensiunii de comandă sau a discontinuității circuitului de declanșare. Mai mult, starea întrerupătorului de circuit poate fi monitorizată pentru uzură mecanică a contactului principal. Alimentarea auxiliară a releului și a tensiunilor interne ale releului sunt supravegheate de sistemul integrat de supraveghere a releului, care include și funcții de supraveghere a funcționării releului.

3.2 Exemplu aplicație cu un releu inteligent

3.2.Acest exemplu de aplicație descrie un feeder de intrare la o singură magistrală cu feeder paralele, inclusiv:

• Protecție la supracurent direcțional

• Protecție la supracurent fără direcție

Rețeaua este fie legată la pământ, fie izolată. Protecția direcțională la supracurent este utilizată din cauza feederelor paralele de alimentare. Nu există o protecție împotriva punerii la pământ inclusă în acest exemplu de aplicare deoarece protecția reziduală pe bază de tensiune poate fi localizată pe cabina de măsurare a barei de colectare.

Măsurarea curentului trifazat este stabilită cu transformatoare de curent și tensiunea reziduală este măsurată cu un set de transformatoare de tensiune într-o conexiune deschis-delta. Măsurările de tensiune fază-fază sunt stabilite cu transformatoare de tensiune.

Schema funcțională a releului REX 521 pentru protecția unui feeder

3.2.1 Conexiuni de măsurare

Următoarele măsurători sunt acceptate în acest exemplu de aplicație:

• Măsurarea reală a RMS a curenților de fază

• Măsurarea reală a RMS a tensiunii de fază-fază

• Măsurarea reală a RMS a tensiunii reziduale

• Putere activă de frecvență fundamentală [kW]

• Putere reactivă de frecvență fundamentală [kVAr]

• Factorul de putere de deplasare a frecvenței fundamentale cos ()

• factor de putere PF, inclusiv armonici

• Energie activă de frecvență fundamentală [kWh]

• Energia reactivă de frecvență fundamentală [kvarh]

• Măsurarea frecvenței sistemului.

În exemplul aplicației de alimentare a dispozitivului de alimentare, stadiul 3I> al protecției la supracurent al alimentatorului de intrare operează selectiv timpul ca o protecție de back-up supracurentă nedirectă a alimentatoarelor de ieșire. Stadiul 3I> -> este utilizat pentru protecția la supracurent direcționată a alimentatoarelor paralele de intrare pentru a deconecta feederul defect din rețea. Stadiul 3I >> este utilizat pentru protecția la scurtcircuit a direcției de rulare fără direcție a sistemului de bare.

Treapta de direcționare low-set 3I> -> este setată să privească linia protejată. Aceasta înseamnă că este setat să funcționeze în direcție inversă. Se poate utiliza ora definită sau modul IDMT.

Stadiul de direcție 3I> -> al alimentatorului de intrare furnizează semnal de blocare în faza 3I >>> a dispozitivului de separare a magistralei. De asemenea, acesta va furniza semnal de blocare pentru etapele 3I >> a alimentatoarelor paralele de intrare. Setarea curentă a treptei direcționale în direcția inversă poate fi de 50% din sarcina normală completă a circuitului protejat.

Dacă defecțiunea ar trebui să apară în sistemul de bare, stația 3I >> a dispozitivului de separare a magistralei furnizează semnal de blocare a alimentatoarelor de alimentare și etapa 3I >>> a protecției la supracurent a dispozitivului de separare a magistralei oferă un semnal de declanșare a secțiunii busului. Atunci când defecțiunea este limitată la sectorul cu bare de bare, faza 3I >> a protecției la supracurent a alimentatorului de alimentare oferă un semnal de declanșare la întrerupătorul de circuit al alimentatorului de alimentare.

Dacă apare o defecțiune în alimentator, releul de protecție la supracurent al alimentatorului de ieșire oferă un semnal de blocare a releelor ​​de protecție la supracurent ale dispozitivului de separare a busului și a alimentatoarelor de alimentare. Prin urmare, este posibil să se folosească un timp minim de funcționare de 100 ms pentru treapta de protecție la supracurent 3I >>> a secțiunii busului și pentru treapta 3I >> a alimentatoarelor de alimentare atunci când apare o defecțiune la sistemul de bare.

Protecția de siguranță poate fi realizată cu ajutorul funcției de protecție la defecțiuni a întreruptorului de protecție al releului de protecție. O funcție rapidă de back-up poate fi atinsă deoarece marja de siguranță poate fi omisă la setarea timpului CBFP. Funcția CBFP necesită o conexiune externă de la releul de protecție al alimentatorului de intrare din partea laterală la releul alimentatorului de alimentare de la partea superioară. Rețineți că în acest exemplu de aplicare funcția CBFP funcționează numai în partea superioară a transformatorului, dar curentul de eroare va fi alimentat și din cealaltă direcție dacă întrerupătorul de circuit LV și HV al transformatorului alimentator.

3.3 Coduri de protecții ANSI

3.3.1 Protecții la curent

ANSI 50/51 – Protecție la supracurent – 3I>

Protecție trifazată împotriva suprasarcinilor și împotriva scurtcircuitelor între faze.

ANSI 50N/51N sau 50G/51G – Protecție la punere la pământ – I0>

Protecție la punere la pământ bazată pe măsurători sau calculate prin valoarea curenților reziduali:

ANSI 50N/51N: curent rezidual calculat sau măsurat cu ajutorul a 3 transformatoare de curent

ANSI 50G/51G: curent rezidual măsurat direct printr-un CT

ANSI 50BF – Cedarea întreruptorului

Dacă un întreruptor eșuează la declanșare, nefiind detectată întreruperea curentului de defect, aceasta soluție de rezervă trimite un semnal de declanșare către un întreruptor din amonte sau care este adiacent.

ANSI 46 – secvență negativă/ dezechilibrată – DI>

Protecție împotriva fazelor dezechilibrate, detectate prin măsurări ale curenților de secvențe negative:

Protecție senzitivă pentru detectarea defectelor bifazice la capătul liniilor lungi

Protecția echipamentelor împotriva temperaturilor crescute, cauzate de o sursă de alimentare neechilibrată, inversare a fazelor sau pierderea unei faze, și împotriva curenților de pe fazele dezechilibrate.

ANSI 49RMS – protecție termică

Protecție împotriva defectelor termice produse de suprasolicitări ale mașinilor (transformatoare, motoare sau generatoare). Capacitatea termică e calculată în concordanță cu un model matematic ce ia în considerare valoarea curenților RMS, temperatura ambientală și secvențele de curenți negativi, o cauză ce duce la creșterea temperaturii în rotorul motoarelor.

ANSI index ↑

Protecție direcțională la curent

ANSI 67 – Protecție direcțională la supracurent

Protecția la scurtcircuit între faze, cu declanșare selectivă conform direcției curentului de defect. Cuprinde o funcție la supracurent a unei faze asociată cu detectarea direcției, și întrerupe dacă funcția de supracurent a unei faze pe direcția aleasă este activată pe cel puțin una din cele 3 faze.

ANSI 67N/67NC – Punere la pământ direcțională

Protecția punerii la pământ, cu declanșare selectivă conform curentului de defect. Exista 3 tipuri de operațiuni:

tip 1: funcția protecției folosește proiecția vectorului I0

tp 2: funcția de protecție utilizează magnitudinea vectorului I0 cu o zonă de declanșare la jumătate

tip 3: funcția de protecție utilizează magnitudinea vectorului I0 cu zona de declanșare a sectorului unghiular

ANSI 67N/67NC tip 1

Protecție la punere la pământ pentru sisteme neutrale impedante, izolate sau compensate, bazate pe proiecția curentului rezidual măsurat.

ANSI 67N/67NC type 2

Protecție la supracurent direcțională pentru impedanță și sisteme cu împământare solidă, pe baza curentului rezidual măsurat sau calculat. Acesta cuprinde o funcție de defecțiune a pământului asociată cu detectarea direcției și recepționează dacă funcția de defecțiune a pământului în direcția aleasă (linie sau bare) este activată.

ANSI 67N/67NC type 3

Protecție la supracurent direcțională pentru rețelele de distribuție în care sistemul neutru de împământare variază în funcție de modul de funcționare, pe baza curentului rezidual măsurat. Acesta cuprinde o funcție de defecțiune a pământului asociată cu detectarea direcției (zona de declanșare a sectorului unghiular definită de 2 unghiuri reglabile) și se preia dacă este activată funcția de avarie la pământ în direcția aleasă (linie sau bare).

3.3.2 Funcții direcționale de protecție a energiei

ANSI 32P – Supraîncărcare activă direcțională

Protecție bidirecțională bazată pe puterea activă calculată, pentru următoarele aplicații:

protecție împotriva supraîncărcării active pentru a detecta supraîncărcarea și pentru a permite evacuarea încărcăturii

protecție inversă activă a curentului:

• împotriva generatoarelor care funcționează ca motoare atunci când generatoarele consumă energie activă

• împotriva motoarelor care funcționează ca generatoare atunci când motoarele furnizează energie activă

ANSI 32Q/40 – Forță reactivă directă

Protecție bidirecțională bazată pe puterea reactivă calculată pentru a detecta pierderea câmpului pe mașini sincrone:

• protecție împotriva supraîncărcării reactive a motoarelor care consumă mai multă putere reactivă cu pierderea câmpului

• protecție împotriva supraîncălzirii reactive a generatoarelor care consumă putere reactivă cu pierderi de câmp.

3.3.3 Funcțiile de protecție a mașinii

ANSI 37 – Fază subîncărcată

Protecția pompelor împotriva consecințelor unei pierderi de amorsare prin detectarea funcționării fără sarcină a motorului. Este sensibil la un minim de curent în faza 1, rămâne stabilă în timpul declanșării întrerupătorului și poate fi inhibată de o intrare logică.

ANSI 48/51LR/14 – Rotor blocat / timp de pornire excesiv

Protecția motoarelor împotriva supraîncălzirii cauzată de:

• timpul de pornire excesiv al motorului datorat supraîncărcării (de ex. banda rulantă) sau a tensiunii de alimentare insuficiente. Reaccelerarea unui motor care nu este oprit, indicată printr-o intrare logică, poate fi considerată ca pornire.

• rotor blocat datorită încărcării motorului (de exemplu, concasor):

• în condiții normale de funcționare, după o pornire normală

• direct la pornire, înainte de detectarea timpului de pornire excesiv, cu detectarea rotorului blocat de un detector de turație zero conectat la o intrare logică, sau de către funcția de subturație.

ANSI 66 – Pornire pe oră

Protecția împotriva supraîncălzirii motorului cauzată de:

• pornirea prea frecventă: alimentarea cu energie a motorului este inhibată la atingerea numărului maxim de porniri, după numărarea:

• pornirilor pe oră (sau perioada de reglare)

• pornirea motorului consecutiv la cald sau la rece (accelerația unui motor care nu este oprit, indicată printr-o intrare logică, poate fi considerată ca pornire)

• Porniri prea apropiate în timp: reactivarea motorului după o oprire este permisă numai după o perioadă de așteptare reglabilă.

ANSI 50V/51V – Tensiune reținută de supracurent

Protecție la scurtcircuit între faze, pentru generatoare. Punctul actual de declanșare este o tensiune reglată pentru a fi sensibil la defectele din apropierea generatorului care cauzează căderi de tensiune și coboară curentul de scurtcircuit.

ANSI 26/63 – Termostat/Buchholz

Protecția transformatoarelor împotriva creșterii temperaturii și a defecțiunilor interne prin intrări logice legate de dispozitivele integrate în transformator.

ANSI 38/49T – Monitorizarea temperaturii

Protecție care detectează creșterea anormală a temperaturii prin măsurarea temperaturii în interiorul echipamentului dotat cu senzori:

• transformator: protecția înfășurărilor primare și secundare

• motor și generator: protecția înfășurărilor statorice și a rulmenților.

ANSI index ↑

3.3.4 Funcții de protecție la tensiune

ANSI 27D – Subtensiune secvențială pozitivă

Protecția motoarelor împotriva funcționării defectuoase datorată tensiunii rețelei insuficiente sau dezechilibrate și detectarea direcției de rotație inversă.

ANSI 27R – Subtensiune remanentă

Protecția a fost utilizată pentru a verifica dacă tensiunea remanentă susținută de mașinile rotative a fost eliminată înainte de a permite rețeaua de alimentare a mașinii să fie reîncărcată, pentru a evita tranzițiile electrice și mecanice.

ANSI 27 – Subtensiune

Protecția motoarelor împotriva tensiunilor scăzute sau detectarea tensiunii de rețea anormal de scăzute pentru a declanșa descărcarea automată a sarcinii sau transferul sursei. Funcționează cu tensiune fază-fază.

ANSI 59 – Supratensiune

Detectarea unei tensiuni de rețea anormal de ridicate sau verificarea tensiunii suficiente pentru a permite transferul sursei. Funcționează cu tensiune de la fază la fază sau fază-neutru, fiecare tensiune fiind monitorizată separat.

ANSI 59N – Deplasarea neutrului

Detectarea defectelor izolației prin măsurarea tensiunii reziduale în sistemele neutre izolate.

ANSI 47 – Secvență de supratensiune negativă

Protecția împotriva dezechilibrului de fază care rezultă din inversarea fazelor, alimentarea neechilibrată sau defecțiunea la distanță, detectată prin măsurarea tensiunii secvenței negative.

3.3.5 Funcții de protecție a frecvenței

ANSI 81H – Suprafrecvență

Detectarea unei frecvențe anormal de ridicate în comparație cu frecvența nominală, pentru a monitoriza calitatea sursei de alimentare.

ANSI 81L – Subfrecvență

Detectarea frecvenței anormal de scăzute în comparație cu frecvența nominală, pentru a monitoriza calitatea sursei de alimentare. Protecția poate fi utilizată pentru declanșarea generală sau disiparea încărcăturii. Stabilitatea protecției este asigurată în cazul pierderii sursei principale și a prezenței tensiunii remanente printr-o reținere în cazul unei scăderi continue a frecvenței, care este activată prin setarea parametrilor.

ANSI 81R – Rata de schimbare a frecvenței

Funcția de protecție utilizată pentru deconectarea rapidă a unui generator sau controlul de eliminare a încărcăturii. Pe baza calculului variației de frecvență, este insensibilă la perturbațiile tranzitorii de tensiune și, prin urmare, este mai stabilă decât o funcție de protecție cu schimbare de fază.

Deconectarile în instalațiile cu mijloace de producție autonome conectate la un utilitar, fac ca funcția de protecție "rata de schimbare a frecvenței" să fie utilizată pentru a detecta pierderea sistemului principal în vederea deschiderii întrerupătorului de intrare la:

• protejarea generatoarele de o reconectare fără a verifica sincronizarea

• evitarea alimentarii încărcăturilor în afara instalației.

Înlăturarea sarcinii prin funcția de protecție "rată de schimbare a frecvenței" este utilizată pentru eliminarea sarcinii în combinație cu protecția la subfrecvență la:

Accelerarea disiparii în cazul unei supraîncărcări mari scade rata de disipare după o scădere bruscă a frecvenței datorită unei probleme care nu ar trebui rezolvată prin disipare.

Protecții

3I>, 3I>> și 3I>>>

Funcțiile bloc pentru protecție trifazată non direcțională la supracurent sunt proiectate pentru protecție trifazată sau bifazată non direcțională la supracurent sau scurtcircuit oricând caracteristica DT-ului sau, în cadrul 3I>, când caracteristica IDMT-ului (Timpul minim invers definit) este apropiată.

Io>–>, Io>>–> și Io>>>–>

Funcțiile block pentru protecție direcțională la atingere accidentala cu pământul sunt proiectate pentru protecție direcțională sau non direcțională la atingeri la pământ oricând caracteristica DT-ului sau a IDMT-ului în cazul Io>–> sunt apropiate. Eliminarea armonicilor este posibilă.

3I>–> și 3I>>–>

Funcțiile bloc de supracurent direcțional au fost proiectate pentru protecție direcțională la supracurent și scurt circuit pentru una, doua sau trei faze ori de câte ori caracteristica DT-ului sau, în cazul 3I>>–>, când caracteristica IDMT-ului e apropiată. Este posibilă suprimarea armonicilor.

3U> și 3U>>

3U> și 3U>>

Tensiunile anormale ale barelor de colectare pot fi cauzate de defecțiunile din rețea sau de un defect de schimbător de tensiune sau un regulator de tensiune al unui transformator de putere. Blocurile de funcții sunt proiectate pentru protecția la supratensiune monofazată, bi-fazată și trifazată ori de câte ori caracteristica DT sau, în ceea ce privește 3U>, caracteristica IDMT (Timp minim Invers definit) este apropiată. Este posibilă suprimarea armonicilor.

Protecție îmbunătățită a feeder-ului – tipuri de configurații

Versiune hardware: BASIC

Configurare standard B01 – Caracteristici:

Protecție trifazata non-direcțională în trei etape la supracurent;

Protecție non-direcțională în trei etape la punere la pământ;

Protecție în trei etape la discontinuitate de fază;

Protecție termica trifazată pentru cabluri;

Detecție curent de pornire pentru transformatoare trifazate și motoare;

Funcție de supraveghere a curentului de energizare al circuitului de intrare;

Măsurarea deformării formei de undă a curentului;

Măsurarea curentului trifazat;

Măsurarea curentului pe nul;

Calcularea numărului de cicluri electrice de funcționare (uzura electrică) a disjunctorului (CB);

Înregistrarea distorsiunilor tranzitorii;

Supravegherea circuitului declanșat;

Funcție de întârziere a semnalului de declanșare pentru protecția la eșec a disjunctorului (CBFP);

Controlul cu afișaj al disjunctorului;

Funcție de blocare;

Afișaj stare închis/deschis;

Selector de poziție prin control logic;

Intrări/ieșiri configurabile de către utilizator;

Interblocaj;

Alarme cu led configurabile de către utilizator.

Schema bloc a versiunii de configurare B01

Schema de legare a releului în instalație în configurație B01

Utilizare

Configurația standard B01 pentru releul REX 521 este făcută pentru a fi utilizată în sisteme cu un singur sistem de bare și un singur disjunctor pentru protecția selectivă la scurtcircuit, supracurent de timp și punere la pământ a rețelelor radiale cu neutrul izolat, solid împământate, legate la pământ printr-o rezistență.

Versiune hardware: MEDIUM

Configurare standard M01 – Caracteristici

Protecție trifazata non-direcțională în trei etape la supracurent;

Detecție curent de pornire pentru transformatoare trifazate și motoare;

Protecție direcțională în trei etape la punere la pământ;

Protecție termica trifazată pentru cabluri;

Funcție de supraveghere a curentului de energizare al circuitului de intrare;

Măsurarea deformării formei de undă a curentului;

Măsurarea curentului trifazat;

Măsurarea curentului pe nul;

Măsurarea tensiunii reziduale;

Calcularea numărului de cicluri electrice de funcționare (uzura electrică) a disjunctorului (CB);

Înregistrarea distorsiunilor tranzitorii;

Supravegherea circuitului declanșat;

Funcție de întârziere a semnalului de declanșare pentru protecția la eșec a disjunctorului (CBFP);

Controlul cu afișaj al disjunctorului;

Funcție de blocare;

Afișaj stare închis/deschis;

Selector de poziție prin control logic;

Intrări/ieșiri configurabile de către utilizator;

Interblocaj;

Alarme cu led configurabile de către utilizator.

Schema bloc a versiunii de configurare M01

Schema de legare a releului în instalație în configurație M01

Utilizare

Configurația standard B01 pentru releul REX 521 este făcută pentru a fi utilizată în sisteme cu un singur sistem de bare și un singur disjunctor pentru protecția selectivă la scurtcircuit, supracurent de timp și punere la pământ a rețelelor radiale cu neutrul izolat, solid împământate, legate la pământ printr-o rezistență.

Versiune de hardware: HIGH

Configurare standard H02 – Caracteristici

Protecție trifazată direcțională în două etape la supracurent;

Protecție trifazata non-direcțională în două etape la supracurent;

Detecție curent de pornire pentru transformatoare trifazate și motoare;

Protecție direcționala în trei etape la punere la pământ;

Protecție la sub sau suprafrecvență într-o etapă;

Protecție în trei etape la discontinuitate de fază;

Protecție termică trifazată pentru cabluri;

Funcție de supraveghere a curentului de energizare al circuitului de intrare;

Funcție de supraveghere a tensiunii de energizare al circuitului de intrare;

Măsurarea deformării formei de undă a curentului;

Măsurarea deformării formei de undă a tensiunii;

Măsurarea curentului trifazat;

Măsurarea curentului pe nul;

Măsurarea tensiunii trifazate;

Măsurarea tensiunii reziduale;

Măsurarea frecvenței sistemului;

Măsurarea trifazată a puterii și energiei;

Calcularea numărului de cicluri electrice de funcționare (uzura electrică) a disjunctorului (CB);

Înregistrarea distorsiunilor tranzitorii;

Supravegherea circuitului declanșat;

Funcție de întârziere a semnalului de declanșare pentru protecția la eșec a disjunctorului (CBFP);

Rearmare automata 1…5 încercări;

Controlul cu afișaj al disjunctorului;

Funcție de blocare;

Afișaj stare închis/deschis;

Selector de poziție prin control logic;

Intrări/ieșiri configurabile de către utilizator;

Interblocaj;

Alarme cu led configurabile de către utilizator.

Schema bloc a versiunii de configurare H02

Schema de legare a releului în instalație în configurație M01

Utilizare

Configurația standard H02 pentru releul REX 521 este facută pentru a fi utilizată în sisteme cu un singur sistem de bare și un singur disjunctor pentru protecția selectivă direcțională și non-direcțională la scurtcircuit, protecția direcțională și non-direcțională la supracurent de timp, protecția direcțională la punere la pământ și rearmarea automata.

Parametrizarea intrărilor digitale

Intrările digitale pot fi folosite pentru diferite funcții, cum ar fi resetarea unui anumit bloc funcțional prin programarea adecvată a selectorilor și grupurilor de comutare.

Vedere asupra meniului intrărilor digitale

Selectori

Reset- Selectorii Reset 1 și Reset 2 pot fi programați pentru a conecta oricare din intrările DI1 până la DI9 pentru a reseta semnalul de armat și blocat și datele înregistrate ale funcțiilor (O/C, E/F, Iub>, 2Ith>, PQ 3Inf).

Grupare – Funcția de grupare este folosită pentru comutarea între grupurile de setari 1 și 2 ale funcțiilor de Protecție.

Blocare – Selectorii BS1 și BS2 pot fi programați sa blocheze operarea funcțiilor 3I>, 3I>>, 3I>>> etc.

Declanșarea înregistrării distorsiunii – Oricare din intrările digitale DI1 pana la DI9 pot fi folosite pentru a declanșa înregistrarea distorsiunii pentru a memora valori măsurate.

Declanșarea înregistrării calității puterii – Oricare din intrările digitale DI1 până la DI9 pot fi folosite pentru a declanșa înregistrarea măsurătorilor calității puterii.

Declanșarea principală – Se poate trimite un semnal extern de declanșare la contactul de declanșare de putere cu ajutorul intrărilor digitale DI1…DI9 (funcția de declanșare principală ocolește secvența de interblocaj). Declanșarea principală poate fi folosită cu ajutorul selectorului de intrare aferent pentru a conecta una din intrările digitale la releul de declanșare de mare viteza (HSPO1).

Declanșarea externă – Se poate trimite un semnal adițional de declanșare externă la releele de ieșire PO1…PO3 și SO1…SO2 (funcția de declanșare externă ocolește secvența de interblocaj).

Resetarea în caz de blocare – Oricare din intrările digitale DI1…DI9 poate fi programată pentru a reseta funcția de Blocat (local/remote). Oricare din intrările digitale poate fi folosită pentru a activa modul local al releului dacă selectorul local/remote este setat pe „intrare externă”. în poziția „local”, disjunctorul poate fi controlat cu ajutorul intrărilor binare și a HMI-ului, dar nu printr-un port de comunicație. În poziția „remote”, disjunctorul poate fi controlat numai printr-un port de comunicație.

Activarea anclanșării – Intrările digitale DI1…DI9 pot fi folosite pentru a permite anclanșarea disjunctorului. Spre exemplu, semnalul de indicare a nivelului scăzut de gaz SF6 poate fi utilizat pentru a bloca anclanșarea disjunctorului (comanda de anclanșare poate fi activată prin intrările digitale, HMI sau portul de comunicație).

Controlul direct închis/deschis – Intrările digitale DI1…DI9 pot fi folosite pentru a controla disjunctorul. în acest caz, aceste intrări trebuie să fie activate prin puls. În caz contrar, la menținerea semnalului, schimbarea de poziție de la „remote” la „local” poate duce la închiderea sau deschiderea imediată a disjunctorului.

Indicarea poziției închis/deschis poate fi utilizată pentru a colecta indicațiile de poziție și trimiterea acestora către MicroSCADA. Logica de interblocaj mai folosește și stările logice ale intrărilor digitale (în Funcție de opțiunea de interblocaj selectată). Transferul indicării stării către MicroSCADA se obține prin utilizarea blocurilor de funcții I<->O IND1 și I<->O IND2.

Termeni explicați

Contact electric – stare a doua sau mai multe părți conductoare care se ating accidental sau intenționat formând o cale conductoare unică și continuă

Curent admisibil(Iz) – valoare maximă a curentului electric care poate parcurge în permanență un conductor, un dispozitiv sau un aparat, fără ca temperatura sa în regim permanent, în condițiile date, sa fie superioară valorii specificate

Curent de atingere – curent electric care trece prin corpul uman sau al unui animal atunci când acesta este în atingere cu una sau mai multe părți accesibile ale unui instalații electrice sau cu echipamente electrice aflate sub tensiune.

Curent în conductorul de protecție – curent electric care apare într-un conductor de protecție, cum sunt curentul de fugă sau curentul electric rezultat dintr-un defect de izolație

Curent convențional de funcționare – valoare specifică a curentului electric care este prevăzută pentru a provoca funcționarea dispozitivului de protecție într-un timp specificat.

Curent de defect – curent electric care circulă ca urmare a unui defect de izolație.

Curent diferențial rezidual – suma fazorială a valorilor curenților electrici în toate conductoarele active, la același timp, într-un punct dat al unui circuit electric, într-o instalație electrică.

Curent de fugă – curent electric care, în condiții normale de funcționare, parcurge o cale electrică nedorită.

Curent nominal – curent electric destinat a fi transportat de un circuit în funcționarea normală pe timp nelimitat

Curent de scurtcircuit – curent electric într-un scurtcircuit determinat.

Curent de serviciu – curent electric destinat să fie transportat într-un circuit electric în funcționare normală.

Curent de suprasarcină – supracurent care se produce într-un circuit electric, care nu se datorează curentului de scurtcircuit sau unui defect de punere la pământ.

Curent vagabond – curent electric de fugă în pământ sau în structurile metalice îngropate în pământ și care rezultă din legarea lor la pământ, intenționată sau neintenționată.

Conductor – parte conductoare destinată să conducă un curent electric specificat.

Defect de punere la pământ – apariția unei căi conductoare accidentală între un conductor sub tensiune și pământ.

Întrerupere automată a alimentării – întrerupere automată a unei linii conductoare prin funcționarea automată a unui dispozitiv de protecție în caz de defect.

Întrerupere de scurtă durată a funcționării – întrerupere de scurtă durată în timpul funcționării pentru scopuri, cum sunt: conexiune, comandă, reglare sau observarea echipamentelor electrice.

Întrerupere de scurtă durată pentru întreținere – întrerupere de scurtă durată utilizată pentru acces la echipamentele electrice pentru întreținere.

Întrerupere de urgență – deschiderea unui dispozitiv de întrerupere destinat întreruperii alimentării electrice a unei instalații electrice pentru evitarea sau reducerea unui pericol.

4. CONFIGURAREA RELEULUI

1.Introducere privind configurarea releului

Releul de protecție ABB REX 521 poate fi configurat prin interfața proprie aflată pe partea din față a acestuia sau prin conectarea unui calculator/laptop la acesta prin intermediul mai multor tipuri de conexiuni, cea mai la îndemână fiind cea SPA-RS485, pe care am folosit-o pentru a mă conecta la el.

Pentru conectarea fizică între calculator si releu este nevoie de un adaptor USB-RS485 si un cablu cu 2 bucăți de fir subțiri ce vor fi introduse în porturile Data A și Data B de pe spatele releului.

Pentru configurarea releului prin intermediul unui calculator este nevoie de software-ul celor de la ABB, PCM600, disponibil pe site-ul acestora. După efectuarea actualizărilor de soft, se descarcă din utilitarul Update manager, pachetul de conectivitate pentru releu si se instalează.

Următorul pas este crearea unui proiect în fereastra “Plant Structure” ce poate fi denumit în funcție de nevoi. Pe urmă se creează un Substation, Voltage level, Bay și ca ultim pas, se alege tipul releului ce trebuie configurat, respectiv REX 521.

În acest moment, avem la dispoziție 2 modalități de configurare a releului:

-în mod online prin conectare directă la releu, orice modificare efectuată în soft va fi transmisă către releu, în acesta rămânând modificarea;

-în mod offline prin introducerea în meniu a modelului releului, în acest caz, configurarea se face doar pe calculator, urmând ca la o conectare ulterioară în mod online, configurarea să fie încărcată pe releu.

2.Prezentarea sub-meniurilor releului

Indiferent de modalitatea de configurare aleasă, soft-ul ne va arăta în continuare sub-meniurile releului, prin care se pot citi si configura parametrii acestuia. Aceste sub-meniuri sunt Protection, Control, Measurement, Condition Monitoring, Power Quality și Configuration.

Sub-meniul Protection asigură parametrizarea funcțiilor de protecție ale releului. În acest meniu se pot configura funcțiile de protecție la supracurent(cu întârziere mare, mică sau fără întârziere), cele de protecție direcțională împotriva punerii la pământ, cele de detecție la pornirea unui motor sau alimentarea unui consumator ce preia o cantitate mare de energie electrică la pornire, de sincronizare sau de auto-închidere.

Sub-meniul Control permite acționarea întreruptoarelor și indicarea stării acestora. De asemenea, permite setarea a maxim 8 alarme care sa avertizeze personalul în cazul producerii unor incidente.

În partea de Measurement, releul permite măsurarea diverșilor parametri electrici cum ar fi tensiunea între faze, curentul pe faze si pe conductorul de nul, dacă acesta există, tensiunea pe conductorul de nul si parametrii de calitate a energiei precum energia activă, reactivă, frecvența.

Funcția de Condition Monitoring are rolul de a preveni eventualele defecțiuni ale echipamentelor de control și măsură. Această funcție ține cont de durata și modul lor de utilizare și poate emite alarme astfel încât operatorii să aibă în vedere mentenanța dispozitivelor. Această funcție are un rol important deoarece ajută la reducerea timpilor în care consumatorii rămân fără energie electrică.

În cadrul funcției Power Quality, releul monitorizează parametrii electrici de bază(tensiune și curent) și poate emite alarme sau chiar acționa atunci când, în urma unei analize efectuate de acesta, rezultă ca acești parametri nu sunt în limite. Astfel, această funcție permite asigurarea unei calități sporite a energiei electrice(tensiune constantă).

Ultimul sub-meniu, Configuration, permite setarea mai multor aspecte ale releului. În acest sub-meniu se pot stabili tipul CT-urilor și al VT-urilor, al modului de comunicare, al modului prin care releul transmite alarmele prin LED-urile de pe fața acestuia și al modului de operare al intrărilor și ieșirilor porturilor digitale.

Pe lângă modul de conectare și configurare prin SPA-RS485, releul permite citirea parametrilor acestuia prin interfața MODBUS-RS485. Pentru citirea parametrilor acestuia am realizat în programul LabView o interfață grafică ce permite citirea în timp real a parametrilor releului.

Una dintre caracteristicile foarte importante pe care le oferă programul de configurare PCM600 este vizualizarea tuturor evenimentelor produse în releu, acestea începând de la pornirea releului, modulelor de protecție ale acestuia, comutări și acționări în cazul unor defecte. Aceste raportări sunt caracterizate prin denumirea funcției ce a fost aplicată pentru efectuarea protecției, data și ora acționării, și starea protecției la finalul acțiunii.

Fereastra “Signal Monitoring” permite citirea parametrilor releului la un anumit moment de timp, acest tabel nefiind actualizat permanent de către releu ci la comanda operatorului. În cadrul acestei ferestre se pot observa parametri de tensiune, curent, frecvență, puteri, curenți și/sau tensiuni reziduale, factor de putere, și starea tuturor intrărilor și ieșirilor digitale.

Fereastra “Measurements” de asemenea citirea parametrilor electrici dar într-un mod mai vizibil, permițând astfel o citire mai rapidă și mai ușoară a acestora.

Lipsa tensiunii U31 din aceste grafice/tabele este datorată unei defecțiuni a releului, acesta neputând procesa corect informația de la divizoarele de tensiune.

Divizoarele de tensiune sunt echipamente electronice ce permit culegerea unor tensiuni mai mici decât cea de intrare, lucru necesar funcționării acestui releu întru-cât semnalul de tensiune pe care releul îl poate primi este de până în 100V (volți). Ele sunt formate din rezistențe de putere, gândite să reziste în cazul unui consum mărit de energie electrică.

Transformatorii de curent din figura de mai sus permit măsurarea intensității curentului electric fără a fi nevoie de întreruperea conductorului. Aceștia sunt conectați la intrările de curent ale releului.

Pentru efectuarea măsurătorilor, releul a fost introdus într-o machetă ce are ca scop integrarea mai multor echipamente ce ajuta la crearea unui mediu de automatizare industrială.

Această machetă este formată din următoarele componente:

O sursă de alimentare 24Vcc de la Siemens;

Un PLC(Programmable Logic Controller) Schneider TM251;

Un convertizor de frecvență Schneider ATV312;

Un HMI Schneider pentru interacționarea mai ușoară cu PLC-ul;

O centrală de măsură Schneider PM2200;

Un motor de 1,5 kW;

Protecția convertizorului printr-o protecție de motor tip GV02ME;

Releul de protecție ABB REX 521.

O placă de achiziție de date NI USB-6211

Funcționarea întregii machete este coordonata de către PLC. Prin parcurgerea algoritmului după care a fost programat, PLC-ul permite funcționarea diferitelor echipamente în funcție de acest algoritm, eliminând nevoia unui operator uman care să ia decizii în permanență. Acesta este conectat cu celelalte echipamente prin interfața RS485 aflată în partea frontală. Programarea acestuia se face printr-un port Ethernet cu ajutorul unui calculator.

Interfața om-mașină este asigurată de un display cu touchscreen de la Schneider ce permite acționarea diferitelor echipamente dintr-un singur loc, cât și citirea parametrilor acestora.

Un alt echipament vital este convertizorul ce permite funcționarea motorului la cuplu maxim de la ture mici, prin varierea parametrilor de frecvență și tensiune de-a lungul unei rampe de accelerare. Turația motorului se poate modifica cu ajutorul unui potențiometru ce modifică parametrii de intrare ai convertizorului, indicându-i acestuia ce să facă.

Centrala de măsură are rolul de a afișa în permanență parametrii electrici și de a verifica rezultatele măsurării efectuate de către releu. Aceasta poate afișa parametri de tensiune de linie și de fază, curent, frecvență, putere activa, reactivă, aparentă, armonici și perturbații ale frecvenței.

Protecția convertizorului este asigurată de către un disjunctor pentru protecția motoarelor. Diferența dintre acesta și alte disjunctoare este protecția la supracurent care declanșează mai târziu, permițând motorului să consume un curent mai mare la pornire, fără ca această protecție să declanșeze. De asemenea, această protecție poate fi reglată, adaptându-se fiecărui motor.

Sistemul astfel creat poate lucra independent de alte sisteme, asigurându-i o redundanță mărită.

În paralel cu măsurătorile efectuate cu software-ul de configurare al releului, am folosit o interfață creată în LabView ce permite măsurarea parametrilor de funcționare ai releului prin intermediul modului de comunicare MODBUS. Astfel, în interfața pe care am creat-o în acest program am putut sa aleg parametrii cei mai importanți pentru buna funcționare a releului și sa-i aduc într-o interfață de tip SCADA pentru o citire mai ușoară. Acești parametri pot fi observați in FIGURA. Am creat mai multe tab-uri în cadrul interfeței pentru o organizare mai ușoară și pentru o citire corectă a parametrilor.

Prima interfață creată este cea de setări prin care setăm modul de conectare al calculatorului cu releul. Se poate seta portul de conectare(COM 2 sau 5 în cazul aplicației noastre), viteza de citire a datelor (9600 bps) și numărul de reîncercări pentru conectare, în cazul unei erori. Aferent acestei interfețe, codul din spatele interfeței este simplu, fiind

A doua interfață prezentă în program este cea de citire a datei și a orei setate din releu. Această citire ne asigură o cunoaștere a parametrilor orari ai releului, fiind importantă pentru o depistare corectă a momentului la care apare un eveniment și care este semnalat de releu. Codul din spatele acestei interfețe este reprezentat de un element de tip “Index Array” ce preia informația sub formă de vector, divizându-l și afișând fiecare informație într-o căsuță de tip indicator.

A treia interfață creată în cadrul programului este cea de afișare a valorilor instantanee ale parametrilor, fiind cea mai importantă dintre ele. Ea ne permite sa vedem în permanență valorile efective de tensiune, de curent și de frecvență. Rapiditatea cu care acești parametri variază în cadrul interfeței este dată atât de rata de reîmprospătare setată în interfață cât și de cea de citire a transformatoarelor de tensiune și de curent.

A patra interfață este cea de control. Aceasta ne permite închiderea/deschiderea unui contact al releului prin care se poate comanda de la distanță închiderea/deschiderea unui disjunctor.

Ultima fereastra din interfața creată ne permite sa vedem starea intrărilor și ieșirilor digitale ale releului. Putem afla astfel ce ieșire/intrare este activă, lucru ce ne poate ajuta la identificarea eventualelor probleme ce pot apărea în timpul funcționării releului.