Home - Rasfoiesc.com
Educatie Sanatate Inginerie Business Familie Hobby Legal
Meseria se fura, ingineria se invata.Telecomunicatii, comunicatiile la distanta, Retele de, telefonie, VOIP, TV, satelit




Aeronautica Comunicatii Constructii Electronica Navigatie Pompieri
Tehnica mecanica

Electronica


Index » inginerie » Electronica
PROTECTIA LINIILOR ELECTRICE DE INALTA TENSIUNE


PROTECTIA LINIILOR ELECTRICE DE INALTA TENSIUNE




PROTECTIA LINIILOR ELECTRICE DE INALTA TENSIUNE

Consideratii generale

Majoritatea defectelor din instalatiile electrice apar in primul rand la liniile electrice aeriene (datorita ariei geografice mari si conditiilor in care functioneaza) si in al doilea rand la cele in cablu. Defectele, constand in deteriorarea izolatiei, pot fi datorate imbatraniri izolatiei in timp a acesteia sau unor cauze exterioare (supratensiuni atmosferice, spargerea izolatoarelor, ruperea conductoarelor si atingerea acestora intre ele sau cu pamantul etc.).

Protectia liniilor din retelele electrice este mai complicata decat a echipamentelor din centrale si statii, deoarece tipul si schema protectiei adoptate depind de un numar foarte mare de factori cum ar fi: configuratia retelei (radiala, buclata, complexa, cu statii in derivatie, paralele, etc.), importanta liniei in cadrul sistemului energetic, modul de tratare a neutrului, influenta defectelor de pe linie asupra stabilitatii sistemului, tensiunea retelei, prevederea declansarilor monofazate sau trifazate, existenta sau absenta dispozitivelor RAR, posibilitatea functionarii cu o faza intrerupta, etc.




Conditia principala pe care trebuie sa o indeplineasca protectia retelelor electrice este aceea de a limita la minimum efectele unui defect pe o linie aeriana sau in cablu, asupra functionarii restului sistemului - ceea ce impune in majoritatea cazurilor o functionare rapida - actionand astfel incat defectele sa fie lichidate cu intreruperea unui numar minim de consumatori. Aceasta ultima conditie reclama o selectivitate ridicata a protectiei, problema deteriorarii echipamentului principal din centrale si statii nepunandu-se in mod acut, intrucat defectele pe linii nu provoaca de regula deteriorari grave.

Deci protectiile retelelor trebuie sa realizeze aceste conditii principale ale selectivitatii si rapiditatii.

Dupa cum se stie orice scurtcircuit este insotit de cresterea curentului in partea de retea care alimenteaza defectul si scaderea tensiunii in retea. Pe sesizarea si prelucrarea acestor variatii, in scopul determinarii locului si caracterului defectului, se bazeaza in general functionarea protectiilor retelelor electrice [5, 9].

2 Protectia liniilor radiale

Retelele radiale au cea mai simpla configuratie posibila si datorita acestui fapt selectivitatea se poate obtine usor.

Liniile radiale se prevad cu protectii impotriva scurtcircuitelor polifazate, dublelor puneri la pamant si punerilor la pamant monofazate (in retelele cu curenti mici de punere la pamant), respectiv impotriva scurtcircuitelor monofazate (in retelele cu curenti mari de punere la pamant). In majoritatea cazurilor, impotriva defectelor intre faze si a dublelor puneri la pamant se prevad protectii maximale cu actionare rapida si cu protectii maximale cu actionare temporizata. Impotriva punerilor (respectiv scurtcircuitelor) monofazate la pamant se folosesc protectii maximale homopolare rapide si temporizate.

In anumite cazuri se folosesc protectii de distanta, iar pentru cabluri se utilizeaza uneori protectii diferentiale.

La liniile radiale, protectiile se instaleaza la capatul dinspre alimentare

2.1 Protectia maximala

2.1.1.Protectia maximala temporizata cu caracteristica independenta

Reteaua electrica cea mai simpla este reteaua radiala care consta din linii alimentate de la un singur capat. In fig 1 este reprezentata o portiune dintr-o retea radiala in care de la barele statiei pleaca o serie de linii, avand fiecare un singur consumator la capat

Protectia folosita in general in asemenea retele este cea maximala de curent. Aceasta actioneaza in cazul cresterii peste o anumita valoare a curentului pe linia protejata.

Protectia maximala temporizata se realizeaza cu ajutorul releelor maximale de curent asociate cu relee de timp formand protectia maximala de curent temporizata.

Protectia maximala de curent temporizata poate fi o protectie de baza sau de rezerva impotriva scurtcircuitelor intre faze pe liniile radiale.

Conform normativului [39], impotriva scurtcircuitelor intre fazele unei linii radiale se prevede o protectie maximala de curent cu o singura treapta temporizata, aceasta fiind protectia de baza a liniei. Se admite ca protectia impotriva scurtcircuitelor intre faze sa fie realizata in doua trepte de timp in urmatoarele cazuri:

daca temporizarea rezultata este atat de mare incat perturba functionarea consumatorilor alimentati din alte linii vecine cu cea defecta;

daca prin valoarea ridicata a temporizarii se micsoreaza eficacitatea reanclansarii automate sau a anclansarii automate a rezervei pentru consumatorii alimentati de linia respectiva;

daca fara introducerea unei trepte rapide rezulta pentru protectiile de rezerva ale transformatoarelor care alimenteaza linia (cu tensiune superioara de 110 kV sau mai mult) timpi de actionare care depasesc 3 s.

In cazul unei linii radiale cu mai multe statii coboratoare (fig. 2), protectiile maximale trebuie insa prevazute cu o temporizare a actionarii. In cazul defectarii liniei DE ar trebui sa declanseze numai intrerupatorul D. Deoarece in asemenea caz curentul de scurtcircuit trece prin toate portiunile de linie este evident ca numai criteriul cresterii curentului nu este suficient pentru a asigura o declansare selectiva corecta si este necesara si temporizarea actionarii.

Alegandu-se temporizarile astfel incat protectia intrerupatorului D sa aiba timpul de actionare cel mai scurt si pe masura apropierii de sursa timpul de actionare sa creasca, se obtine o actionare selectiva a protectiei.

In acest fel se realizeaza protectia maximala temporizata in trepte. Valoarea treptei de timp se alege astfel incat sa existe siguranta declansarii numai a intrerupatorului liniei defecte si nu si a celui dinaintea acestuia (spre sursa). In practica, in functie de calitatea releelor si a intrerupatoarelor folosite, treapta de timp a protectiei maximale temporizate este de 0,4 - 0,6 s.

Protectia are dezavantajul ca tocmai in apropierea surselor, unde defectele sunt insotite de valori mari ale curentilor de scurtcircuit, rezulta temporizari mari.


Text Box: Protectia maximala temporizata descrisa mai sus se mai numeste si protectie

Text Box:  maximala cu caracteristica independenta, datorita faptului ca temporizarea cu care actioneaza este constanta si independenta de valoarea curentului de defect (fig.3). Protectia maximala cu caracteristica independenta se compune dintr-un element de pornire (un releu maximal de curent cu actionare instantanee) si un element de temporizare (un releu de timp care creaza temporizarea dorita) care actioneaza numai daca elementul de pornire este excitat si isi mentine contactele inchise (fig.4).

Valoarea curentului de pornire al protectiei maximale se alege, astfel incat acesta sa nu conduca la declansari nedorite, sub influenta curentului de sarcina maxim posibil. Pornindu-se de la acest principiu, formula de alegere a curentului de pornire al protectiei maximale cu caracteristica independenta este:


unde : Isarc. max este curentul de sarcina maxim posibil al liniei respective;

krev - coeficientul de revenire al releului (care este subunitar); pentru releele de curent de regula krev = 0,85.

ksig - coeficientul de siguranta, care se alege de 1,15 - 1,25 si tine seama de erorile posibile in functionarea releului.


Tinand seama de valorile de mai sus se obtine:


Diagrama de functionare esalonata in timp a protectiei pentru o retea se prezinta in fig.5. In acest exemplu s-a considerat ca timpul de actionare al protectiei cu temporizarea minima din D este de 0,1 s, iar treapta de timp este de 0,5s.

Din aceasta diagrama se poate determina temporizarile cu care sunt deconectate defectele aparute pe diferitele portiuni ale sectorului de retea. De exemplu se observa ca un defect aparut pe portiunea BC este eliminat prin declansarea intrerupatorului din B in 1,1s. Totodata deasupra caracteristicii din B trece caracteristica de declansare din A care actioneaza la 1,6s.

Rezulta ca daca dintr-o cauza oarecare refuza sa declanseze intrerupatorul din B, defectul este deconectat de protectia intrerupatorului din A, cu o temporizare de 1,6 s. Daca nici aceasta nu ar functiona, ar declansa intrerupatorul din A1, in 2,1 s.


Se constata deci ca, in afara protectiei destinate lichidarii defectelor aparute pe linie, mai exista si o serie de protectii, care intervin atunci cand prima nu functioneaza si care reprezinta protectii de rezerva ale acesteia. Acest gen de rezerva este denumita rezerva de la distanta si este foarte eficienta intrucat este complet independenta de instalatia in care a avut loc refuzul de actionare, refuz care adesea are loc datorita bateriei de acumulatoare, TC sau intrerupatorului.

Protectia maximala temporizata cu caracteristica dependenta

Aceste protectii se realizeaza prin relee maximale de inductie a caror actionare se produce cu o temporizare cu atat mai mica cu cat curentul este mai mare.

Diagrama de actionare (timpul de actionare in functie de curentul de pornire) a releelor de acest tip este foarte apropiata de o hiperbola. In general pentru majoritatea releelor maximale de inductie diagrama se alege din constructie, astfel incat timpul de actionare sa scada cu cresterea curentului numai pana la o anumita valoare, peste care oricat ar creste curentul timpul de actionare ramane constant (fig.6a). Acestea sunt asa - numitele relee cu caracteristica limitat dependenta

De asemenea se obisnuieste sa se prevada la aceste tipuri de relee un contact care se inchide instantaneu, daca valoarea curentului este foarte mare; aceasta valoare a curentului la care se produce actionarea netemporizata, este reglabila. Caracteristica de actionare a unui asemenea releu este indicata in fig. 6b.


Aceste relee sunt mai rar utilizate datorita dificultatii lor de reglaj.

2.1.3 Protectia maximala rapida (sectionare de curent)

Solutia deconectarii cat mai rapide cu cat defectele sunt mai apropiate de surse, consta in folosirea unor protectii maximale rapide sectionare de curent). Aceasta protectie este realizata tot cu relee maximale cu caracteristica independenta, dar la care curentul de pornire al protectiei se calculeaza in functie de curentul maxim de scurtcircuit la un defect in exteriorul zonei protejate.

Din diagrama curentilor de scurtcircuit pe o linie (fig.7), se observa posibilitatea realizarii unei protectii rapide al carui curent de actionare sa fie reglat astfel incat protectia sa nu actioneze in cazul defectelor situate dincolo de capatul liniei protejate si prin aceasta, sa nu existe pericolul unei declansari neselective.

In cazul unei linii de impedanta ZL, expresia curentului de scurtcircuit supratranzitoriu intr-un punct al liniei in care impedanta acesteia este αZL, este

(3)

unde α [0,1] reflecta pozitia punctului de scurtcircuit pe linie.

Curentul maxim de scurtcircuit in punctul B (α =1) are forma

(4)

Pentru ca protectia sa nu actioneze neselectiv la defecte exterioare (la dreapta punctului B), este necesar ca curentul de pornire al protectiei din punctul A sa fie mai mare decat , aceasta putand sa actioneze rapid (in zero sec.), sesizand numai defectele de pe linia proprie.


 

ZL

 

 

 

K

 

B

 

A

 

C

 

L1

 

L2

 

Ed,

 

I"sc

Ipp

 


Ipp

 

I"sc max

 

 

Fig. 7 Variatia curentului de scurtcircuit in functie de departarea

de sursa, pe o linie radiala si alegerea curentului de pornire

al protectiei cu sectionare de curent

 

Zona

moarta

 

Zona protejata

 


Tinand seama de erorile in functionarea releului si in determinarea curentului de scurtcircuit, curentul de pornire se determina prin inmultirea curentului de scurtcircuit din punctul B, cu un coeficient de siguranta supraunitar. Rezulta astfel, pentru curentul de pornire al protectiilor cu sectionare de curent, formula:

(5)

unde

este coeficientul de siguranta, egal cu 1,21,3 cand sectionarea este realizata cu relee de curent cu caracteristica independenta;

= 1,4 1,5 cand sectionarea se realizeaza cu relee de curent cu caracteristica dependenta.

- este curentul de scurtcircuit maxim (valoarea supratranzitorie a componentei periodice) la un defect trifazat in regim maxim pe sistemul de bare B dinspre consumator.

Protectia cu sectionare de curent nu protejeaza intreaga linie, ci doar o portiune a ei cu atat mai mare cu cat coeficientul de siguranta este mai mic si cu cat curba care reprezinta variatia curentului de scurtcircuit este intersectata de dreapta care corespunde curentului Ipp este mai aproape de capatul opus al liniei. Se observa ca sectionarea de curent are o zona moarta in care defectele sunt lichidate de alta protectie [2, 5].

In general in practica aceasta protectie se foloseste impreuna cu o alta, care in cazul retelelor simple este o protectie maximala temporizata cu caracteristica independenta.

Aceasta a doua protectie trebuie aleasa astfel incat sa se asigure sensibilitatea necesara conform normelor (1,5 pentru linia proprie si 1,2 pentru liniile din aval).

Sectionarea de curent are avantajul de a asigura a protectie simpla, rapida si selectiva a portiunii liniei dinspre alimentare, prezentand totodata dezavantajul zonei moarte. Pentru ca protectia sa fie eficace, trebuie ca zona protejata sa acopere cel putin 30% din lungimea liniei

3. Protectia maximala directionala

3.1 Principiul si diagramele de functionare

Principalul dezavantaj al protectiei maximale consta in domeniul ei limitat de folosire, fiind utilizata numai la liniile radiale cu alimentare de la un singur capat

In cazul liniilor cu alimentare din ambele capete (fig.8a), selectivitatea protectiilor maximale nu mai poate fi obtinuta numai prin intermediul temporizarilor in trepte, deoarece pentru temporizarea unei protectii s-ar obtine conditii contradictorii din coordonarea cu temporizarile protectiilor de pe liniile vecine, intrucat nu este posibil ca temporizarile sa creasca de la fiecare protectie spre ambele surse

Intr-adevar, oriunde s-ar produce un defect, toate protectiile fiind parcurse de curentul de scurtcircuit, defectul va fi izolat atat dinspre stanga, cat si dinspre dreapta lui, prin actionarea protectiilor care au timpii cei mai mici. Deci niciodata defectul nu va fi izolat selectiv, declansand intotdeauna numai intrerupatoarele din statiile B si D care au timpii cei mai mici, intrerupand astfel toate statiile intermediare (fig.8b).

In acest sens pentru realizarea selectivitatii, este necesara introducerea unui criteriu pe baza caruia sa se produca declansarea, in afara celui de curent. Acesta este sensul in care circula curentul (sau puterea spre defect). Intr-adevar daca fiecarei protectii maximale i se adauga un releu directional care sesizeaza sensul puterii care circula spre defect si blocheaza actionarea daca acesta circula spre barele statiei, permitand actionarea numai cand puterea circula dinspre bare spre linie, se obtine selectivitatea dorita. In cazul oricarui defect vor putea declansa numai intrerupatoarele prin care puterea circula spre defect de la bare spre linie.


Se observa ca folosirea releelor directionale permite realizarea protectiei unei linii alimentate de la ambele capete ca si in cazul retelelor radiale alimentate de la un singur capat, adoptand temporizari in trepte crescatoare spre cele doua surse [5].

Acest mod de reprezentare se foloseste intotdeauna pentru retelele in care defectele trebuiesc izolate din doua sensuri.

Schema de principiu a protectiei maximale directionale a unei linii este reprezentata in fig.9.

Dupa cum se vede pentru ca releul de timp T sa fie excitat si sa comande declansarea intrerupatorului I, este necesar ca atat curentul sa depaseasca valoarea reglata si deci releul maximal I sa-si inchida contactele, cat si sensul de scurgere a puterii de scurtcircuit sa fie de la bare spre linie, si deci releul directional sa-si inchida contactele


Relee directionale

3.2.1 Principiul de functionare

Un releu directional este destinat sa sesizeze variatii importante ale defazajului curentului in raport cu tensiunea intr-un anumit punct al retelei, actionand cand acest defazaj se modifica cu aproximativ 1800 in raport cu valoarea din regimul normal de functionare.

Releul directional imparte domeniul 2p radiani al defazajelor j ale curentului Ir fata de tensiunea Ur in doua subdomenii (un subdomeniu de lucru si unul de blocaj) si anume, pentru:

j £ j £ j (4)

unde j j p, releul actioneaza, iar pentru:

j < j < j p (5)



releul nu actioneaza

Releele directionale, numite si relee de putere (sau de sens al puterii), se conecteaza ca in fig. 10a si realizeaza caracteristica de actionare din fig. 10b.


Releele directionale in constructie clasica pot fi electromecanice (de inductie) sau statice (electronice). Un releu directional de inductie contine, un circuit magnetic cu doua bobine de curent si tensiune, si un rotor din aluminiu in care apare un cuplu de actionare:

M = k Ur Ir cos (jr a (6)

unde: Ur si Ir sunt tensiunea, respectiv curentul aplicate releului;

jr - unghiul dintre vectorii acestor doua marimi;

k - un factor de proportionalitate care depinde de caracteristicile constructive ale releului.

a - unghiul intern al releului, cu valori reglabile in trepte intre 0 si p

Pentru

M > Þ cos (jr a >

deci rezulta

- p < jr a < p sau - p a < jr < p a (8)

iar releul isi inchide contactele.

Pentru

M < Þ cos (jr a < (9)

deci rezulta

- p < jr a < p sau - p a < jr < p a (10)

iar echipajul mobil tinde sa se roteasca in sens invers celui anterior si deci isi mentine contactele deschise. Deci conditia de actionare a unui releu directional este:

Ur Ir cos (jr a > (11)

Se observa ca Ur Ir cos (jr a este expresia unei puteri si se poate spune ca releul isi inchide sau nu contactele, dupa cum aceasta putere (fictiva) este pozitiva sau negativa. Din acest motiv, releele directionale se mai numesc si relee de putere.

Aceasta putere fictiva nu este puterea care se scurge spre locul de defect, dar sensul ei corespunde sensului de scurgere a puterii de scurtcircuit.

Trebuie subliniat faptul ca protectiile directionale actioneaza sau nu, numai in functie de valoarea defazajului jr

Unghiul intern a al releului, difera dupa tipurile constructive ale releelor si se alege in functie de destinatia acestora.

Spre deosebire de releele maximale, la care pentru a se produce actionarea este necesar ca un singur parametru (curentul) sa depaseasca o anumita valoare, la releele directionale concura trei parametri (tensiunea, curentul si unghiul dintre acestea) pentru a se obtine cuplul necesar actionarii. Orientarea corecta a releului directional este cu atat mai sigura cu cat cuplul este mai mare. Spre deosebire de releele maximale, valoarea necesara a cuplului nu se regleaza in exploatare, ci se cauta pe cale constructiva ca ea sa fie cat mai mica (micsorandu-se frecarile), pentru ca sa se obtina o sensibilitate cat mai mare a releului.

Releul directional are sensibilitatea maxima (cuplul de actionare este maxim) pentru:

cos (jr a jr a jr a (12)

Unghiul jr a, pentru care cuplul releului directional (pentru o tensiune si un curent dat) este maxim, se mai numeste si unghi de sensibilitate maxima al releului.

Rezulta ca, pentru a fi asigurata sensibilitatea maxima a releului directional, unghiul intern a trebuie sa fie egal si de semn opus defazajului jr al curentului fata de tensiune, corespunzator defectului pentru care a fost prevazuta protectia directionala.

In fig. 11, este prezentata diagrama de actionare a unui releu directional de un tip particular si anume releul wattmetric, a carui conditie de actionare este UrIrcosjr >


In fig. 11a considerand ca origine de faza vectorul Ur rezulta ca pentru orice vector Ir situat in zona nehasurata (care face cu Ur un unghi in valoare absoluta mai mic decat p/2), cuplul este pozitiv si releul isi inchide contactele. Dar pentru Ur si Ir dati, acest cuplu este maxim daca Ir este in faza cu Ur si descreste pe masura ce Ir se defazeaza fata de Ur devenind nul pentru un defazaj de p/2, adica la marginea zonei nehasurate. Pentru jr p/2 cuplul este nul si releul nu-si inchide contactele, oricat de mari ar fi Ur si Ir

In fig. 11b este prezentata diagrama de actionare a unui releu cu ecuatia de actionare UrIr cos (jr > Pentru jr = - 450 (unghiurile pozitive se masoara de la curent spre tensiune in sens trigonometric) cuplul este maxim; el scade pana la zero pentru jr = 450 (deoarece 450 +450 = 900) si pentru jr = - 1350 (deoarece -1350 + 450 = 900)

3.2.2. Relee directionale statice

Releele directionale statice (electronice) prezinta avantajul unei sensibilitati mai ridicate (zona moarta de tensiune este mult mai redusa iar puterea de actionare este mai mica) in raport cu cele electromecanice.

Unul din relee directionale statice construite pe principiul "balantei electrice", realizat in tara noastra este releul directional tip RDC.

Schema de principiu a acestui releu este prezentat in fig. 12.

Din figura se observa ca puntea redresoare P1 este alimentata cu o tensiune proportionala cu suma vectoriala a curentului I si tensiunii U iar puntea redresoare P2 este alimentata cu diferenta vectoriala a acelorasi marimi. Obtinerea sumei si diferentei se realizeaza prin inserierea in mod corespunzator a infasurarilor secundare ale transformatoarelor T1 si T2, luand in considerare polaritatea lor.

La iesirile celor doua punti redresoare se obtin doua tensiuni continui proportionale cu marimile absolute / I + U / si / I - U /, care se aplica unui element polarizat sensibil montat in diagonala celor doua punti redresoare. Acesta este un amplificator sensibil de curent continuu care are ca element de iesire un releu intermediar.

Elementul polarizat actioneaza atunci cand este satisfacuta relatia

/ I + U / > / I - U / (3.13)

Marimile I si U pentru un unghi j intre ele oarecare si marimile rezultante

I + U si I - U sunt prezentate in fig. 13.


Fig. 12 Schema de principiu a releului directional RDC

 

I

 

j

 


Fig. 13 Diagramele vectoriale ale releului RDC:

a) I + U; b) I - U

 

Aplicand teorema lui Pitagora generalizata la triunghiurile din figura de mai sus,obtin expresiile marimilor rezultante, care sunt:

(14)

(15)


Conditia de actionare a releului este deci:

Respectiv ridicand cele doua expresii la patrat:

I2 + U2 +2UI cos j > I2 + U2 - 2UI cos j (17)

si rezulta

cos j >

Din ultima expresie rezulta ca releul va actiona pentru decalaje ale curentului in raport cu tensiunea variind intre -900 si +900, cuplul maxim obtinandu-se pentru cazul in care curentul este in faza cu tensiunea. Folosind aceeasi schema dar astfel incat in secundarul transformatorului TT sa se obtina o tensiune decalata fata de tensiunea U de alimentare a releului cu un unghi oarecare, se obtine drept expresie a conditiei de actionare

cos (j a >

Prin varierea unghiului a se obtin relee cu diferite unghiuri interioare.

3.3 Scheme de conectare a releelor directionale

In cazul unui scurtcircuit, unghiul de scurtcircuit jr (unghiul dintre tensiunea si curentul de scurtcircuit) depinde de natura retelei. La liniile aeriene el variaza intre 600 si 800, dar poate fi mai mic in cazul defectelor insotite de arc electric, iar la cablurile de medie tensiune intre 00 si 200.

Pe de alta parte, in cazul scurtcircuitelor, tensiunea scade mult pe faza defecta, devenind adesea nula in cazul defectelor foarte apropiate.

Din acest motiv, pentru a se asigura si in aceste conditii orientarea justa a releului directional (tinand seama de faptul ca la scurtcircuite trifazate tensiunile scad foarte mult si ca aceste scurtcircuite sunt rare), releele sunt alimentate in general cu curentul de pe faza defecta si cu tensiunea de pe alta faza.

Text Box: Astfel, in cazul scurtcircuitelor apropiate pe liniile aeriene, pentru orientarea corecta a releelor directionale, acestea se alimenteaza cu curentul unei faze si cu tensiunea intre celelalte doua. Alimentandu-se releul de pe faza R cu curentul IR si cu tensiunea UST intre fazele S si T, pentru ca acesta sa actioneze in cazul unui scurtcircuit in zona de sensibilitate maxima, se folosesc relee cu un unghi interior de 300. Considerand ca unghiul de scurtcircuit pe liniile aeriene este de 600, curentul IR in cazul unui scurtcircuit trifazat va fi defazat cu 600 in urma tensiunii UR, deci cu 300 inaintea tensiunii UST, adica tocmai in pozitia in care cuplul este maxim, deoarece jr fiind - 300, cos (jr + 300) = 1 (fig. 14).

Combinarea curentului IR cu tensiunea UST, a curentului IS cu tensiunea UTR sau a curentului IT cu tensiunea URS, este una din cele mai utilizate scheme de conectare numita "schema de 900 ". Aceasta schema consta in faptul ca fiecarei tensiuni intre faze aplicate releului i se asociaza curentul unei faze defazate cu 900 unde curentii sunt reprezentati conventional in faza cu tensiunile fazelor respective.

In fig. 15 este reprezentata diagrama vectoriala si schema principiala a unei protectii directionale realizata pe trei faze, conform schemei de 900

3.4 Concluzii

Protectia maximala directionala prezinta o serie de calitati care fac ca ea sa fie folosita pe scara larga in retelele electrice.

Poate fi folosita in retelele alimentate de la ambele capete, realizandu-se selectivitatea necesara.

Este formata din elemente simple si robuste, in comparatie cu alte tipuri de protectii folosite in retelele alimentate de la ambele capete.



Dezavantaje:

Folosirea temporizarii in trepte crescatoare catre surse face ca tocmai defectele apropiate de surse sa dureze mai mult.

In cazul scurtcircuitelor trifazate apropiate releele directionale nu se pot orienta corect datorita valorilor tensiunilor celor trei faze care tind catre zero. Portiunea de linie (incepand de la locul de instalare a protectiei) pe care defectele aparute provoaca scaderi ale tensiunilor care fac ca releele sa nu se mai poata orienta, datorita valorilor prea mici ale tensiunilor, se numeste zona moarta a protectiei. Zona moarta reprezinta un dezavantaj foarte important al protectiei directionale, deoarece in cazul defectelor situate in aceasta zona protectia nu actioneaza corect.

In retelele cu o anumita configuratie, protectia maximala directionala nu poate fi folosita, deoarece ea nu asigura selectivitatea necesara.

Protectia impotriva scurtcircuitelor monofazate in retelele de inalta tensiune cu neutrul legat direct la pamant

In retelele cu neutrul legat direct la pamant, deteriorarea izolatiei unei faze fata de pamant reprezinta un scurtcircuit monofazat, care are ca efect cresterea curentului si scaderea tensiunii pe faza respectiva.

Dupa cum se stie, curentul de scurtcircuit monofazat este adesea mai mic decat curentii de scurtcircuit bifazat si trifazat, iar protectia maximala care trebuie reglata la valori superioare curentului de sarcina poate sa nu sesizeze asemenea defecte.

De aceea in cazul liniilor electrice cu neutrul legat direct pamant se foloseste o protectie speciala impotriva defectelor insotite de puneri la pamant numita si protectie homopolara (fig.16).

Protectia homopolara consta dintr-o protectie maximala obisnuita (alcatuita dintr-un releu maximal de curent si un releu de timp), alimentata de la infasurarile secundare ale transformatoarelor de curent legate in paralel ale celor trei faze ale liniei protejate formand un filtru de curent de secventa homopolara (FCSH).

Curentul care alimenteaza protectia reprezinta suma curentilor de pe cele trei faze, adica tocmai curentul homopolar al liniei pe care a aparut defectul, marit de trei ori (3I0).


In functionare normala ca si in cazul scurtcircuitelor trifazate sau bifazate, nu exista curent homopolar si deci curentul care parcurge protectia este nul, existand doar un curent mic de dezechilibru datorat erorilor transformatoarelor de curent.

Pentru alimentarea protectiei homopolare nu sunt necesare TC speciale pentru crearea FCSH, ci pot fi folosite transformatoarele care alimenteaza celelalte protectii, care se leaga apoi in paralel (fig.17).

Ca si protectia impotriva defectelor polifazate, protectia homopolara poate fi netemporizata sau temporizata, in care principiul alegerii treptelor de timp este acelasi ca si al protectiei maximale, timpii de actionare crescand catre sursa, insa considerand numai elementele legate galvanic de linia protejata, pentru ca protectia nu actioneaza la defecte monofazate in retelele cuplate magnetic cu linia. Temporizarea protectiei maximale homopolare poate rezulta sensibil mai mica decat a protectiei maximale de curent a aceleiasi linii impotriva scurtcircuitelor intre faze.


De aceea liniile de 110 Kv si mai mult se prevad cu protectii speciale impotriva scurtcircuitelor monofazate (protectii de distanta), protectia impotriva scurtcircuitelor monofazate realizata cu relee maximale de curent fiind o protectie de rezerva.

Protectia impotriva scurtcircuitelor monofazate pe liniile radiale care nu sunt prevazute cu protectii de distanta se realizeaza cu protectii maximale homopolare rapide si temporizate (se mai numesc si sectionari homopolare).

Curentul de pornire Ipp1 al sectionarii homopolare netemporizate se determina cu o relatie analoga cu cea pentru sectionarea rapida impotriva defectelor polifazate

(19)

unde : Ksig = 1,2..1,3. ;

Ipam calc K = 3I0 calc K este curentul in raport cu care se desensibilizeaza protectia liniei, corespunzator unui defect in K, la capatul opus celui la care este instalata protectia, in conditii care conduc la valoarea maxima a acestui curent.

Ipam.calc.K se adopta cel mai mare dintre curentii de defect monofazat sau la scurtcircuit bifazat la pamant, in punctul K.

In cazul unui scurtcircuit bifazat la pamant


In relatiile de mai sus X1ech, X2ech, X0ech sunt reactantele echivalente de secventa directa, inversa si homopolara obtinute prin transformarea schemelor de secventa directa, inversa si homopolara ale retelei considerate, iar Uf este tensiunea de faza a sursei care alimenteaza defectul. La retelele electrice X1 = X2.

Se va inlocui in relatia (19) acel curent dintre cei calculati cu relatiile (20) si (21) care da valoarea cea mai mare.

Daca linia protejata alimenteaza transformatoare, trebuie verificata desensibilizarea curentului de pornire al sectionarii in raport cu curentul de soc de magnetizare care apare la conectarea transformatoarelor. Daca sectionarea homopolara netemporizata nu este directionata, trebuie verificata desensibilizarea ei in raport cu curentul care circula prin linia protejata in sens invers, la defecte la pamant pe o linie vecina spre surse. Protectia homopolara netemporizata trebuie sa acopere minimum 15.20 % din lungimea liniei.

Curentul de pornire al Ipp2 al protectiei homopolare temporizate se desensibilizeaza in raport cu curentul de pornire al sectionarii homopolare rapide de pe linia urmatoare spre consumatori.

Pentru protectia maximala homopolara, curentul de pornire se determina din conditia desensibilizarii in raport cu curentul de dezechilibru raportat la primarIdez statp al FCSH in cazul regimului stationar al unui scurtcircuit exterior trifazat, cu o relatie de forma

Ipp2 = Ksig Kaper Idez stat p

in care: Ksig

Kaper = 1.2 in functie de temporizarea protectiei maximale si de prezenta sau absenta accelerarii acesteia dupa actionarea dispozitivului de RAR.

In practica protectia se regleaza la 40.60 % din valoarea curentului nominal al liniei protejate.

Temporizarea protectiei maximale homopolare se stabileste in trepte crescatoare dinspre consumatori spre sursa, insa considerand numai elementele legate galvanic de linia protejata, pentru ca protectia nu actioneaza la defecte monofazate in retelele cuplate magnetic cu linia. De aceea temporizarea protectiei maximale homopolare poate rezulta sensibil mai mica decat a protectiei maximale de curent a aceleiasi linii impotriva scurtcircuitelor intre faze.

Protectia homopolara se foloseste de asemenea si in retelele alimentate din mai multe parti sau in cele buclate, dar in asemenea cazuri i se adauga un element directional, ea devenind "protectie homopolara directionala". Directionarea protectiei homopolare face posibila utilizarea acesteia in orice configuratie, datorita faptului ca elementul directional permite actionarea numai in cazul cand sensul puterii este de la bare spre linie. Acest sens este sesizat de un releu directional, a carui bobina de curent este parcursa de curentul homopolar, iar bobina de tensiune este alimentata de la infasurarile secundare inseriate ale transformatoarelor de tensiune, realizandu-se asa-numitul montaj in triunghi deschis (sau filtru de tensiune de secventa homopolara) la bornele caruia se culege tensiunea homopolara marita de trei ori (3U0).

Schema de principiu este reprezentata in fig.18


Text Box:  La un scurtcircuit monofazat, tensiunea pe faza defecta (de exemplu pe faza R) scade foarte mult (putand fi chiar nula la locul de defect), si ca urmare suma tensiunilor fata de pamant a celor trei faze este un vector de sens contrar tensiunii pe faza defecta in functionare normala. Curentul de defect IKR este defazat cu circa 700 (unghiul de scurtcircuit corespunzator unei linii aeriene) in urma tensiunii UR (care devine zero in punctul de defect).

Astfel releului directional i se aplica tensiunea UR = - 3U0 = - (UR +US +UT) = - (US +UT), deoarece UR = 0 si curentul IR = 3I0 defazat cu unghiul jr = 700 in urma tensiunii UR.

Tinand cont de unghiul in general mare (in special in retelele aeriene) dintre aceste marimi, releele directionale folosite pentru protectiile homopolare sunt de tipul sin j, adica au cuplul de forma M = k Ur Ir sin (jr a

In comparatie cu protectiile maximale directionale si cu sectionarile directionale impotriva scurtcircuitelor intre faze, sectionarile homopolare si protectiile maximale homopolare impotriva scurtcir-cuitelor monofazate au avantajul ca nu prezinta zone moarte, intrucat tensiunea homopolara este cu atat mai mare cu cat defectul este mai apropiat, deci invers decat in cazul defectelor intre faze, cand tensiunea scade cu apropierea fata de defect .

(UR = 0, deci /3U0/ = /US + UT / are valoare maxima)


Sensibilitatea releului directional homopolar se verifica cu relatia

unde :

- U0, I0 - sunt valorile componentelor de secventa homopolara la locul de  a protectiei la un defect monofazat in limitele zonei considerate, aparut intr-un regim care conduce la valoarea minima I0;

Spr - valoarea puterii de actionare a releului;

nTC, nTT - tapoartele de transformare ale TC si TT care alimenteaza releul.

Pentru defecte pe linia protejata se prevede

Ksens I ³

Iar pentru defecte pe elementul vecin se prevede

Ksens II ³

Datorita simplitatii, rapiditatii, selectivitatii si absentelor zonelor moarte, protectiile homopolare directionale se utilizeaza ca protectii de rezerva, in retelele cu curenti mari de punere la pamant de orice configuratii [5, 9].

5. Protectia retelelor complexe. Protectia de distanta

5.1 Principiul de realizare al protectiilor de distanta

Protectiile prezentate anterior, au fiecare atat avantaje cat si dezavantaje ceea ce determina domeniul lor limitat de utilizare.

De asemenea, la toate aceste protectii sensibilitatea depinde de valoarea curentului de scurtcircuit, respectiv de regimul de functionare al sistemului.

Un alt dezavantaj al acestor protectii il constituie faptul ca defectele sunt eliminate cu o temporizare cu atat mai mare cu cat sunt mai apropiate de sursa.

Protectia de distanta, raspunde acestor conditii care nu au putut fi indeplinite de protectiile descrise pana acum, fiind o protectie universala, care poate fi folosita in retelele de orice configuratie.

Protectia de distanta este o protectie care masoara distanta dintre locul de montare a protectiei si locul de defect, comandand declansarea intrerupatorului, deci intreruperea alimentarii defectului cu o temporizare cu atat mai mare cu cat distanta pana la locul de defect este mai mare. Deci, timpul de actionare al protectiei de distanta este functie de distanta dintre locul de montare a protectiei si locul de defect. Aceasta variatie a timpului in functie de distanta poate fi liniara sau in trepte, ultima fiind folosita exclusiv in protectiile de distanta, deoarece permite o mai judicioasa esalonare a caracteristicilor protectiilor diferitelor linii dintr-o retea si duce in general la timpi de deconectare cat mai mici.

Text Box:  Din fig.20 se observa ca un releu de distanta cu o asemenea caracteristica are mai multi timpi de actionare fiecare corespunzand anumitor distante dintre releu si defect, numite zone. Astfel pentru o distanta mai mica decat L1, declansarea se produce rapid, la timpul t1; aceasta se numeste treapta I de timp a protectiei, iar distanta L1 zona I sau treapta I de distanta a acestuia. Un defect produs la o distanta mai mare decat L1 dar mai mica decat L2, este deconectat la timpul t2; distanta L2 este zona a II-a sau treapta a II-a de distanta a

protectiei, iar timpul t2 - treapta a II-a de timp. In mod similar se definesc treptele urmatoare de distanta si de timp. Atat treptele de distanta cat si de timp sunt reglabile. Releele de distanta indiferent de principiul lor constructiv, prezinta erori atat in determinarea distantei pana la locul de defect, cat si in temporizarea actionarii. Eroarea in aprecierea distantei nu depaseste in general 20%, de care trebuie sa se tina seama in alegerea caracteristicii protectiei. Daca nu s-ar tine seama de aceste erori, zona I a protectiei de distanta s-ar alege egala cu lungimea liniei, acest lucru ducand la deconectarea rapida a defectelor de pe intreaga lungime a liniei. Datorita erorii in aprecierea distantei exista posibilitatea deconectarii rapide si a defectelor aparute pe alte linii, in imediata apropiere a barelor statiei de la celalalt capat al liniei protejate.

Din acest motiv treapta I a protectiei de distanta se regleaza de regula la numai 80% din lungimea liniei protejate.

In fig. 21 este reprezentat un exemplu de realizare a unei protectii prin relee de distanta cu caracteristici in trepte, intr-o retea alimentata din ambele capete.

In cazul unui defect in punctul k1, deconectarea liniei se produce rapid din ambele capete a linei. In cazul unui defect in k2, intrerupatorul 5 va declansa rapid, iar protectia intrerupatorului 2 va declansa in treapta a II-a de timp. Deoarece, datorita erorilor posibile in determinarea distantei, treapta I-a se alege de 80% din lungimea liniei protejate, rezulta ca pe o portiune de 60% din linie defectele sunt eliminate rapid de la ambele capete, in restul liniei deconectarea de la unul din capete facandu-se in treapta a II-a.

De asemenea se mai observa ca daca intrerupatorul sau protectia refuza sa functioneze in cazul unui defect pe linie, declanseaza intrerupatorul liniei vecine, la comanda protectiei de distanta cu timpul treptelor a II-a sau a III-a, dupa locul scurtcircuitului.


Se mai observa de asemenea ca protectia de distanta realizeaza deconectarea rapida a defectelor de pe linia proprie, cat si deconectarea temporizata a defectelor de pe liniile alaturate, care din diverse motive nu sunt deconectate de intrerupatoarele proprii.

Protectia de distanta a unei linii constituie in acelasi timp si protectie de rezerva pentru elementele alaturate ale liniilor vecine.

5.2 Principii constructive ale protectiilor de distanta

Principiile constructive pe baza carora se realizeaza protectiile de distanta sunt diferite.

Una din cele mai utilizate protectii de distanta folosite in tara noastra, este protectia de impedanta.

Principiul de functionare al unuia dintre cele mai simple relee de impedanta de tip "balanta electromagnetica" este prezentata in fig. 22.

"Balanta electromagnetica" se compune din doua relee electromagnetice ale caror armaturi mobile sunt fixate fiecare la cate un capat al unei parghii care se poate roti in jurul unui ax; unul din relee este alimentat cu tensiunea

Ur = UL/ nTT (24)

(UL fiind tensiunea liniei intre faze, in punctul de instalare al protectiei; nTT - raportul de transformare al transformatorului de tensiune), iar celalalt releu este alimentat cu curentul secundar de linie

Ir = IL/ nTC (25)

Fig. 22 Releu de impedanta de tipul "balanta electromagnetica"

(IL fiind curentul liniei si nTC - raportul de transformare al transformatorului de curent). Fortele exercitate asupra armaturilor acestor relee dau nastere unor momente care actioneaza in sensuri opuse asupra parghiei. Releele fiind electromagnetice momentul exercitat de releul alimentat de transformatorul de curent are expresia

M1= KI I2r = KI I2L/n2TC (26)

unde KI este un coeficient de proportionalitate, iar momentul exercitat de releul alimentat de transformatorul de tensiune are expresia

MU = KU U2r = KU U2L/n2TT (27)

Dupa cum se vede din figura momentul MU tinde sa tina deschise contactele releului de impedanta, iar momentul MI tinde sa le inchida. Se observa ca inchiderea contactelor si deci declansarea intrerupatorului liniei se produce cand MI ³ MU.

Rezulta

KI I2r ³ KU U2r  (28)


respectiv


Notand cu Zr =Ur/Ir impedanta sesizata de releu (uneori denumita si impedanta masurata, respectiv impedanta constanta de releu), iar cu

impedanta de pornire a releului, conditia de actionare (29) devine

Zr £ Zpr  (31)

Din (29) si (31) se constata ca releele de impedanta sunt relee minimale, actionand atunci cand impedanta sesizata de releu Zr =Ur/Ir scade sub valoarea de pornire stabilita Zpr.

In regim normal cand tensiunile UL si Ur sunt apropiate de cele nominale, iar curentii IL si Ir corespund sarcinii liniei, releul este reglat sa nu actioneze, rezultand in acest caz Zr > Zpr.

La un scurtcircuit pe linie in punctul K, tensiunile UL si Ur scad sensibil, iar curentii IL si Ir cresc sensibil, valoarea Zr =Ur/Ir scazand atat cu micsorarea numaratorului, cat si cu marirea numitorului: ca urmare, in acest caz Zr < Zpr si protectia actioneaza.

Impedanta sesizata de releu Zr la defect in K depinde de distanta l dintre locul de instalare a protectiei si punctul K; daca scurtcircuitul este metalic, atunci valoarea Zr este proportionala cu distanta l. Aceasta proportionalitate poate fi ilustrata in cazul releului din fig.22 considerand ca in K defectul este un scurtcircuit metalic bifazat intre fazele S si T.

In aceasta ipoteza tensiunea UL in locul de instalare al protectiei, intre fazele S si T (bobina de tensiune fiind alimentata cu tensiunea redusa de TT, dintre acestea) va avea expresia:

UL = 2ZLIL = 2zsl . l . IL (32)

unde : - ZL - este impedanta pe faza a liniei intre locul de instalare a protectiei si punctul K, deci 2ZL reprezinta impedanta buclei de scurtcircuit prin care circula curentul de defect IL;

- zsl - impedanta specifica a liniei pe unitatea de lungime.

Inlocuind relatiile (24) si (25) in Zr =Ur/Ir se obtine


si tinand seama de (32)


se constata ca impedanta sesizata de releu Zr este proportionala cu distanta l (de aici si denumirea de protectie de distanta).

Un alt tip de releu de impedanta folosit in instalatiile energetice este "balanta electrica" a carei schema de alimentare este prezentata in fig.23, in care tensiunea si curentul folosite pentru excitarea releului sunt in prealabil redresate.


Aceasta solutie folosita aproape exclusiv in constructiile moderne de relee, permite eliminarea influentei defazajului dintre curent si tensiune asupra masurarii impedantei.

O alta problema foarte importanta o constituie faptul ca prin redresarea tensiunii si a curentului se pot folosi relee de curent continuu care au un consum foarte mic, ceea ce permite realizarea unei mari sensibilitati. De asemenea vibratiile, care sunt greu de evitat total in curent alternativ, dispar si prin aceasta masurarea este mult mai exacta.

Din figura se observa ca de la bornele rezistentei R, legata in paralel cu infasurarea secundara a transformatorului de curent, se culege o cadere de tensiune proportionala cu curentul de defect I. Folosirea caderii de tensiune si nu direct a curentului secundar, prezinta avantajul de a se putea efectua comutari in circuitele de curent.

Releul de curent continuu Z, este un releu polarizat care actioneaza inchizandu-si contactul pentru un anumit sens al curentului care-l strabate, si mentinandu-si contactul deschis pentru un sens contrar al curentului; curentul care-l strabate este ii-iu si va avea deci un sens sau altul dupa cum ii este mai mare sau mai mic decat iu.

Considerand ca curentii ii si iu sunt proportionali cu modulele vectorilor I si U, conditia de actionare a releului este

Ku /U/ £ Ki /I/ respectiv /ZL/ £ K

Deci si in acest caz conditia de actionare este ca impedanta masurata de la locul de instalare pana la defect sa fie mai mica decat o valoare data.

5.3 Caracteristicile de actionare ale releelor de impedanta in planul Z

Releele de impedanta analizate pana in prezent au in planul complex al impedantelor o caracteristica de actionare definita de relatia (31), reprezentand un cerc cu centrul in origine si cu raza egala cu impedanta reglata Zr. Pentru orice impedanta pana la locul defectului mai mica in valoare absoluta decat Zr releul comanda declansarea, iar pentru orice impedanta mai mare decat Zr declansarea nu se produce (fig.24). Deci cercul de raza Zr imparte planul Z in doua zone: impedantele reprezentate prin vectori cu varful in interiorul sau determina declansarea intrerupatorului, iar cele reprezentate prin vectori cu varful in exteriorul sau nu determina declansarea intrerupatorului. Zona din interiorul cercului este denumita zona de lucru a releului, iar cea din afara sa zona de blocare.

Pentru orice scurtcircuit net produs pe linie, impedanta de la locul de instalare a releului pana in punctul de defect este reprezentata printr-un vector Zsc care este cu atat mai mare cu cat distanta pana la locul de defect este mai mare.

Din descrierea diferitelor tipuri constructive de relee de impedanta a rezultat ca functionarea acestora este determinata de distanta pana la locul defectului, impedanta buclei de scurtcircuit intre locul de instalare a releului si locul de defect fiind proportionala cu aceasta distanta. In cazul scurtcircuitelor prin rezistenta mare de trecere, impedanta de defect nu depinde numai de caracteristicile liniei, ci si de valoarea acestei rezistente.


Text Box:  In cazul liniilor electrice si in special cele aeriene majoritatea scurtcircuitelor au loc prin arc electric, introducand astfel o eroare in determinarea distantei de catre releele de impedanta. Rezistenta arcului electric care intervine in determinarea impedantei de scurtcircuit nu are o valoare constanta, ci variaza cu lungimea liniei si cu valoarea curentului de scurtcircuit. Efectul arcului electric asupra functionarii protectiei de impedanta este aratat in fig.25. Se observa ca datorita arcului electric, un defect produs pe linie la o distanta caruia i-ar corespunde - in cazul unui defect net - impedanta Zsc1L, care ar provoca declansarea, fiind in zona de lucru al releului, este determinat in mod gresit ca fiind situat la o distanta mai mare, careia ii corespunde impedanta Zsc2, situata in zona de blocare. Arcul electric are deci ca efect o micsorare a zonei de actionare a releului de impedanta (fata de cazul defectelor directe), micsorare care depinde de rezistenta arcului electric si deci nu poate fi determinata in mod precis. Solutia pentru eliminarea erorii introdusa de arcul electric, consta in realizarea unor relee de impedanta mixta. Diagrama de actionare in planul Z a unui asemenea releu este tot un cerc cu centrul deplasat din origine pe axa R (fig.26). Rezistenta arcului Ra a fost aleasa 60% din impedanta portiunii de linie pentru care releul trebuie sa actioneze, pe baza unor experiente in acest domeniu.



O asemenea diagrama de actionare, de forma unui cerc cu centrul deplasat pe axa R, se obtine prin modificarea schemei de alimentare a releului "balanta electrica" fata de cea folosita la releele de impedanta pura in modul aratat in fig.27.

Spre deosebire de schema de impedanta pura, curentul redresat iu din circuitul de tensiune nu este determinat numai de tensiunea de pe bare ci si de curentul liniei protejate, expresia sa fiind iu = /k1 U - k2 I /, unde k2 depinde de raportul de transformare al transformatorului TI si de valoarea rezistentei Ri; semnul minus din formula este obtinut prin alegerea unei polaritati corespunzatoare a legaturii prin care se introduce in circuitul de tensiune o cadere de tensiune proportionala cu curentul. Curentul redresat iI este proportional cu modulul vectorului I.



Text Box:  Pe baza acestor elemente se poate deduce conditia de actionare a protectiei, care este deci: /k1 U - k2 I / £ K I. Aceasta conditie devine, prin transformari succesive:


Impartind ambii membrii ai acestei expresii prin k1I, inlocuind U / I prin Z si notand k/k1 = r, conditia de actionare devine


Diagrama de actionare in planul Z a releului a carui conditie de actionare are aceasta expresie este un cerc de raza r, cu centrul situat pe axa R, la distanta k2/k1 de origine fig.28, adica tocmai diagrama dorita, atat raza cat si deplasarea centrului cercului fiind reglabile.

Functionarea protectiei de distanta ca dispozitiv complex de protectie

Dupa cum s-a mentionat anterior, protectia de distanta trebuie sa comande declansarea intrerupatorului cu timpi diferiti, care cresc cu distanta pana la defect. Elementul de masura din protectia de distanta stabileste daca distanta pana la defect este mai mica sau mai mare decat o valoare stabilita si, in functie de aceasta, comanda sau nu declansarea. O asemenea caracteristica se obtine prin micsorarea treptata (continua sau in salturi) a tensiunii aplicate elementului de masura. In mod practic, micsorarea tensiunii se realizeaza prin introducerea succesiva a unor rezistente in circuitul de tensiune al releului de masura sau prin conectarea succesiva a acestui circuit la prize diferite ale unui transformator de tensiune intermediar, ambele operatii efectuandu-se cu ajutorul unui releu de timp. In diagrama de actionare a releelor de impedanta aceasta se traduce printr-o marire succesiva, la anumite intervale de timp, a razei cercului caracteristic.

Protectia de distanta trebuie de asemenea sa distinga si directia in care s-a produs defectul, pentru a nu produce declansari gresite, in cazul unor defecte apropiate dar situate pe alte linii. De aceea protectia de distanta este prevazuta cu un element directional.

Scurtcircuitele care apar pe liniile electrice pot fi de diferite feluri (monofazate, bifazate, sau trifazate). Pentru a efectua o masurare corecta a distantei pana la locul defectului, elementul de masura trebuie sa fie actionat de tensiunea si curentul fazelor defecte. Rezulta ca o protectie de distanta ar trebui sa aiba mai multe elemente de masura (in retelele cu neutrul legat direct la pamant, ar fi necesar de exemplu sase asemenea elemente). Pentru a nu scumpi si complica prea mult protectia, se prevede in general un numar mic de elemente de masura dar se introduc in schimb o serie de relee suplimentare, mai simple, care au rolul de a determina natura defectului si fazele defectate; aceste relee, care constituie totodata elemente de pornire ale protectiei, transmit prin intermediul unor relee auxiliare, elementelor de masura, marimile necesare (curentul si tensiunea de defect) pentru determinarea corecta a distantei. Dupa cum s-a mentionat, la protectiile de distanta nu se folosesc direct curentii de defect, ci caderile de tensiune provocate de acestia in rezistente. In felul acesta, comutarile necesare pentru alegerea marimilor corespunzatoare fazelor defecte pot fi efectuate cu usurinta fara intreruperea infasurarilor secundare ale transformatoarelor de curent.

Elementele de pornire ale protectiei de distanta, care sesizeaza aparitia defectului, sunt fie relee maximale de curent (in retelele in care valorile curentilor de scurtcircuit permit o asemenea solutie simpla), fie relee de impedanta (in retelele mai complicate in care curentii de scurtcircuit pot fi de ordinul celor de sarcina).

Protectiile de distanta folosite in retelele cu tensiuni pana la 110 kV, folosesc de regula un singur element de masura, si unul sau doua elemente de pornire. In retelele de 220 kV si mai mult se folosesc trei elemente de masura, cate unul pe fiecare faza, carora li se aduc curentii fazelor respective si tensiunile pe faze sau intre faze dupa cum defectul este cu sau fara pamant.

In retelele cu punctul neutru legat direct la pamant, in afara elementelor de pornire intervin si ale elemente (releul de curent homopolar), care contribuie la aducerea la elementul de masura a marimilor corespunzatoare fazelor afectate de defect. De asemenea si elementului directional al protectiei de distanta trebuie sa i se aplice tensiunile si curentii, pentru a distinge corect directia in care a avut loc defectul.


Fig.29 Schema bloc a unei protectii de distanta cu un singur element de masura

Protectiile de distanta contin de asemenea dispozitive de blocare a actionarii in cazul pendularilor in retea, precum si alte elemente necesare coordonarii protectiei cu automatizarea folosita in sistem.

Schema bloc a unei protectii de distanta cu un singur element de masura este reprezentata in fig.29.

Semnificatia si functiile elementelor componente este urmatoarea:

Elementul de pornire (EP) primeste in permanenta informatii asupra regimului de functionare al liniei protejate prin marimile secundare - curenti si tensiuni -stabileste aparitia unui defect in zona protejata si comanda pornirea intregului ansamblu al protectiei in momentul aparitiei unui scurtcircuit. EP trebuie sa identifice fazele pe care s-a produs defectul, precum si faptul daca acesta este cu sau fara punere la pamant. Protectiile de distanta au in componenta EP patru relee maximale de curent (trei dintre acestea controleaza curentii de faza si al patrulea curentul de secventa homopolara) sau trei relee de minima impedanta montate pe faze si un releu maximal de curent homopolar. Realizarea EP cu relee de minima impedanta, prezinta avantajul unei sensibilitati mai ridicate a protectiei in cazul liniilor lungi cu posibilitatea functionarii in regim de sarcina maxima. EP comanda la randul sau pornirea elementului de timp (T) si a elementelor de comutatie in circuitele de curent (ECI) si de tensiune (ECU).

Blocul rezistoarelor de putere (R) este constituit din trei rezistoare parcurse de curentii secundari de faza, conectate in stea si un al patrulea rezistor conectat intre steaua primelor trei si steaua TC, parcurs de curentul de secventa homopolara. Blocul rezistoarelor de putere are rolul de a converti curentii de faza si curentul homopolar in caderi de tensiune proportionale, care sunt prelucrate de celelalte blocuri ale protectiei de distanta.

Elementul de comutare a caderilor de tensiune proportionale cu curentul buclei de defect (ECI) . Pentru a justifica oportunitatea acestui element, mentionam urmatoarele:

in functionarea liniei protejate sunt posibile sapte tipuri de defecte distincte (unul trifazat, trei bifazate si trei monofazate, din care primele patru defecte pot fi cu sau fara pamant);

functiile de baza ale unei protectii de distanta se refera la masurarea precisa a valorii impedantei dintre locul de montare al protectiei si locul defectului pe de o parte si determinarea precisa a sensului de circulatie a puterii pe de alta parte, cu ajutorul unor elemente de masura a impedantei si directionale de precizie si siguranta ridicate;

avand in vedere cele de mai sus, o protectie de distanta poate fi realizata cu un numar mai mare de elemente de masura a impedantei si directionale (cate sapte din fiecare), conectate permanent la marimile secundare corespunzatoare unui tip de defect, sau numai cu un releu de minima impedanta si un releu directional carora li se aplica la intrare prin ECI si ECU marimile proprii buclei de defect. Rolul ECI comandat de EP este de a selecta dintre caderile de tensiune de pe rezistoarele de putere a unei caderi de tensiuni semnificative, cu ajutorul careia sa poata fi masurata precis impedanta pana la locul de defect si sa poata fi stabilit corect sensul de circulatie al puterii pentru orice tip de defect.

Elementul de comutare al tensiunilor secundare (ECU), comandat de EP, indeplineste acelasi rol ca si ECI cu scopul colectarii tensiunii buclei de defect pe care o aplica elementului directional si, prin elementul de temporizare, elementului de masura a impedantei.

Elementul directional (ED) primeste de la ECI si ECU curentul respectiv tensiunea de defect si stabileste sensul de circulatie al puterii in regim de defect. ED permite actionarea protectiei de distanta numai pentru sensul de circulatie al puterii de la bare spre linie si numai in ultima treapta de temporizare permite declansarea indiferent de sens.

Elementul de timp (T) porneste prin comanda de la EP si marcheaza momentele corespunzatoare treptei I-a, a II-a, etc., asigurand in aceste momente trecerea elementului de masura a impedantei de pe caracteristica de actionare a treptei I pe caracteristica treptei II-a etc.

Elementul de masura a impedantei (EM) primeste de la ECI curentul de defect si de la ECU prin intermediul elementului de timp tensiunea de defect,astfel incat EM impreuna cu T realizeaza o caracteristica t=f(Z) in trepte crescatoare.

Elementul de blocare la defecte in circuitele secundare de tensiune (BTT) este necesara intrucat, la disparitia accidentala a tensiunii secundare, determinata de arderea unor sigurante sau intreruperea unor circuite secundare de tensiune, protectiile de distanta cu elemente de pornire de minima impedanta demareaza si comanda gresit deconectarea intrerupatorului in treapta rapida.

Elementul de blocare la pendulatii (BP) sesizeaza existenta unui asemenea regim anormal si blocheaza protectia de distanta pentru a elimina posibilitatea actionarii gresite.

Protectiile de distanta au avantajul ca asigura selectivitatea in retelele cu configuratii foarte complexe, actionand corect pentru toate tipurile de defecte si sunt rapide pentru defectele din treapta I-a, adica pe o portiune de circa 80% din lungimea zonei protejate.

Dezavantajul principal il constituie lichidarea in treapta a II-a a defectelor pe o portiune de circa 20% din lungimea liniei protejate (portiune de la fiecare capat al liniei), dezavantaj care poate fi eliminat prin realizarea unei protectii de distanta cu transmiterea unor semnale de comanda la capatul opus al liniei. 

Protectii diferentiale si comparative ale liniilor

6.1. Principiul de realizare

Lichidarea selectiva si totodata rapida a defectelor de pe liniile din retelele complexe se poate obtine nu numai prin protectia de distanta, ci si prin protectii diferentiale longitudinale, care compara sensurile curentilor de la cele doua capete ale zonei protejate.

Dupa cum s-a aratat in paragraful 3.6, protectia de distanta nu poate da rezultate bune in special in cazul liniilor scurte, eroarea posibila in masurarea impedantei facand imposibila folosirea cu succes a treptei I, mai ales daca se tine seama de influenta arcului electric.

De asemenea, defectele care apar pe o portiune de aproximativ 60% din lungimea liniei sunt deconectate rapid numai de la un singur capat, deconectarea de la celalalt capat producandu-se in treapta a II-a.. Acest dezavantaj poate duce (in special in marile sisteme energetice) la pierderea stabilitatii sistemului precum si producerea de perturbatii asupra liniilor de telecomunicatii. In sfarsit, pentru realizarea unei eficacitati cat mai mari a reanclansarii automate, este necesara deconectarea simultana rapida de la ambele capete.

Prin introducerea protectiei comparative longitudinala se raspund acestor necesitati, ea asigurand deconectarea simultana de la ambele capete ale liniei defecte, oriunde s-ar produce defectul.

Principiul de functionare al protectiei comparative longitudinale consta in aceea ca ea comanda declansarea intrerupatorului pe baza compararii unor marimi de la cele doua capete ale liniei, pentru transmiterea comenzii fiind necesara intotdeauna o legatura intre cele doua capete ale liniei care este realizata prin cabluri de joasa tensiune sau telefonice, iar mai recent printr-un canal de inalta frecventa, care foloseste conductoarele liniei protejate, sau prin radio.

Protectiile comparative longitudinale se realizeaza in doua variante:

Cu curenti de circulatie, in care caz se compara sensul (conventional) de circulatie al curentilor de la cele doua capete ale liniei pe baza principiului diferential;

Cu echilibrarea tensiunilor, in care caz se compara caderile de tensiune de la bornele rezistentelor montate in secundarul transformatoarelor de curent de la cele doua capete ale liniei.

Protectia comparativa longitudinala cu curenti de circulatie.

Pentru realizarea protectiei, la inceputul si la sfarsitul elementului protejat se instaleaza transformatoare de curent TC cu rapoarte de transformare identice. Infasurarile secundare ale TC de pe faza respectiva se leaga intre ele, iar in paralele cu ele se conecteaza infasurarea releului de curent (fig. 30).

Ip2

 

Ip

 

K

 
Curentii secundari ai transformatoarelor de curent de la cele doua capete sunt comparati intre ei, ca valoare si faza, iar aceasta comparatie permite (ca la orice protectie diferentiala) determinarea pozitiei defectului (in interiorul sau in exteriorul liniei protejate).

TC2

 

TC1

 


Pentru determinarea curentului in releu, este necesar sa se stabileasca pentru toti curentii din schema sensuri pozitive conventionale. Conform schemei se poate scrie:

Ir = Is1 - Is2 (38)

Curentul din releu este egal cu diferenta fazoriala a curentilor din secundarul celor doua TC. In conductoarele care leaga infasurarile secundare ale TC circula curenti egali cu curentii secundari ai TC. Din aceasta cauza, protectia se numeste diferentiala, iar schema se numeste schema cu curenti de circulatie.

In functionare normala sau in cazul unui scurtcircuit in afara zonei limitate de TC, curentii primari de la cele doua capete ale liniei, Ip1 si Ip2 sunt egali ca valoare si coincid ca faza (sagetile trasate continuu). Daca raportul de transformare este acelasi, curentii secundari Is1 si Is2 sunt teoretic egali, curentul in releu fiind teoretic egal cu zero:

Ir = Is1 - Is2 = 0 (39)

iar releul nu actioneaza.

In cazul aparitiei unui defect pe linie in zona limitata de TC (in punctul K), curentii Ip1 si Ip2 nu sunt in general, egali si nu coincid ca faza (sagetile cu linie punctata). Curentul la locul defectului va fi:

Iscc = Ip1 + Ip2 (40)

De aceea curentul in releu va fi:

Ir = Iscc /nTC (41)

In caz de alimentare a liniei dintr-un singur capat (de exemplu daca Ip2 =0) rezulta:

Ir = Is1 =Iscc /nTC (42)

Daca Ir ³ Ipr releul actioneaza si deconecteaza elementul defect.

Din cele expuse, se observa ca protectia, conform principiului ei de functionare, actioneaza numai in cazul unui defect in zona protezata, limitata de transformatoarele de curent.

Schema cu curenti de circulatie in executia analizata cu TC standardizate, se poate utiliza numai pentru protectia elementelor de circuit care nu depaseste cateva sute de metri. Pentru lungimi mai mari se poate intampla ca sectiunea conductoarelor auxiliare sa rezulte foarte mare, mai mare decat sectiunea conductoarelor liniei protejate.

Protectia diferentiala longitudinala cu echilibrarea tensiunilor

Principiul de realizare si functionare a unei protectii diferentiale longitudinale cu echilibrarea tensiunilor este prezentata in fig.31 din care se observa ca releele diferentiale se conecteaza in serie in circuitul diferential.

In regim normal de functionare s-au la scurtcircuite exterioare, t.e.m. de la bornele secundarelor TC sunt egale si in opozitie, deci prin circuitul diferential si prin relee nu circula curent, protectia fiind in repaus. La un scurtcircuit pe linia protejata, datorita schimbarii sensului conventional al curentului de la unul din capete, cele doua tensiuni electromotoare devin aproximativ in faza si prin circuitul diferential (si relee) circula un curent mare, care provoaca actionarea protectiei.

Rezistentele R sunt necesare deoarece in absenta lor TC1 si TC2 in regim normal al liniei - cand prin circuitul diferential al liniei nu circula curent - ar functiona in gol, ceea ce nu este permis. Principiul de functionare al schemei ramane acelasi, in locul celor doua t.e.m., circuitului diferential aplicandu-i-se caderile de tensiune de la bornele rezistentelor R.

6. Protectia prin canal de inalta frecventa

Protectiile liniilor electrice aeriene prin inalta frecventa utilizeaza drept canal pentru transmisia informatiei de la cele doua capete ale liniei protejate un canal de inalta frecventa, fie conductoarele liniei de inalta tensiune, fie canale radio.

Schema de principiu a protectiei prin canale radio este prezentata in fig. 32.

Protectiile prin inalta frecventa care folosesc canale radio se bazeaza pe utilizarea unor instalatii de emisie - receptie (E,R), cu cablu coaxial (CC) si antena radio (AR) lucrand pe frecvente foarte inalte, in acest caz in locul cablului coaxial putandu-se folosi, pentru conducerea semnalului ghiduri de unda. Pentru liniile foarte lungi sunt necesare instalatii de radiorelee, pentru retransmisie pe parcurs.

Canalele de inalta frecventa, pot servi si pentru realizarea "interdeclansarii" protectiilor de distanta, in sensul prelungirii zonei I de actionare a acestora (la un defect in zona, cel putin una din protectiile de distanta actioneaza si transmite un semnal de declansare la capatul opus al liniei protejate) [18, 25].

Protectiile prin inalta frecventa sunt:

protectii directionale cu blocaj prin inalta frecventa;

protectii diferentiale de faza.


6.1.Protectii directionale cu blocaj prin inalta frecventa

Realizate pe acelasi principiu cu sectionarile de curent directionale, protectiile directionale cu blocaj prin inalta frecventa, compara sensurile conventionale ale curentilor de la capetele liniei protejate. Prin canalele de inalta frecventa se transmit semnale de blocare a protectiilor. Elementele de pornire ale protectiilor directionale care sesizeaza sensul de circulatie al curentului de la linie la bare, transmit protectiei de la cealalta extremitate, semnale de blocare, deci nici una din protectiile directionale ale unei linii pe care nu s-a produs un defect nu poate actiona la declansare (fig.33).

La un defect in K pe L2, vor actiona releele directionale 1, 3, 4 si 6 si determina blocarea emitatoarelor de la ambele capete ale liniei L2 ca urmare a functionarii simultane a protectiilor 3 si Liniile L1 si L3 nu sunt deconectate pentru ca releele directionale 2 si 5 de sens opus, nu au lucrat si deci nu comanda blocarea emitatoarelor din punctele respective, care continua sa emita semnale de intarziere (blocare), receptionate atat la locul de instalare a protectiei, cat si la capatul opus al liniei [18, 25].

2

 


L2

 

I5 I6

 

I3 I4

 

Blocheaza protectia

 
6

 

Fig. 33 Formarea semnalelor de blocare pentru emitatoarele de la

capetele liniei

 

Blocheaza

protectia

 

L3

 

L1

 

I1 I2

 
4

 

6.2. Protectii diferentiale de faza

Protectia comparativa de faza este o protectie diferentiala care functioneaza pe baza compararii fazelor curentilor de la cele doua capete ale zonei protejate.

In functionare normala (sau in cazul unui defect exterior) curentii la cele doua capete ale liniei sunt in faza, adica trec prin valoarea zero in acelasi moment.

Dispozitivul protectiei comparative de faza realizeaza transmiterea unui semnal (printr-un canal de inalta frecventa) de la fiecare capat catre celalalt in momentul trecerii prin zero a curentului de la capatul respectiv. Daca semnalul primit la un capat nu coincide in timp cu trecerea prin valoarea zero a curentului de la celalalt capat, se comanda declansarea intrerupatorului.

In cazul unui defect pe liniile alimentate de la un singur capat, de la capatul alimentat nu va sosi spre sursa nici un semnal (din cauza ca nu circula curent), insa protectia este realizata astfel incat comanda declansarea.








Politica de confidentialitate





Copyright © 2021 - Toate drepturile rezervate

Electronica




Testare cunostinte domeniul ELECTRIC
Ecranarea cablurilor
Schema de excitatie statica si comutatie statica la pornirea in asincron a motorului sincron
APLICAREA TEORIEI LUI GARDNER IN PROCESUL DE EVALUARE LA CAPITOLUL CURENT ELECTRIC
DEPENDENTA CU TEMPERATURA A PARAMETRILOR TRANZISTORULUI
Divizorul de tensiune capacitiv
SEMNALE MODULATE
MASURAREA INTENSITATII CURENTULUI. AMPERMETRE
MOTOARE ELECTRICE DE CURENT ALTERNATIV TRIFAZIC
STUDIUL UNUI SISTEM DE ACTIONARE ELECTRICA AVAND CUPLA ELECTROMAGNETICA ASINCRONA