1. notiuni introductive sistem electroenergetic ş sistem ... · sistemul de supraveghere...

22
Protectii prin relee – Notiuni introductive 3 1. NOTIUNI INTRODUCTIVE 1.1 Introducere Un sistem electroenergetic este constituit din surse de energie electrică, retele electrice de transport şi distributie, precum şi consumatori de energie electrică – figura 1. Totalitatea instalatiilor electroenergetice interconectate, situate pe teritoriul unei t ări, prin care se realizează producerea, transportul, distributia şi utilizarea energiei electrice constituie un sistem electroenergetic national (SEN). Figura 1 – Structura unui sistem energetic Statiile electrice (figura 2) sunt noduri în SEN care cuprind mai ales extremit ătile liniilor electrice, legături conductoare, aparataj electric, clădiri şi (auto)transformatoare de fort ă. În principal, statiile electrice pot realiza functii de: transformare: prin intermediul transformatoarelor este modificat ă tensiunea (statii ridicătoare sau coborâtoare), fiind deci posibilă interconectarea mai multor retele de diferite tensiuni. Statiile de transformare care realizează transformarea energiei la o treapt ă de joasă tensiune ( 1 kV) constituie categoria posturilor de transformare. conexiune: contin legături conductoare şi aparataj electric cu tensiunea nominală mai mare de 1 kV şi sunt destinate primirii şi distribuirii energii electrice, la aceeaşi tensiune şi frecventă. Statiile de conexiuni de medie tensiune, destinate aliment ării unor posturi de transformare constituie puncte de alimentare. conversie: prin intermediul convertizoarelor, curentul alternativ este convertit în curent continuu sau invers. [4]

Upload: truongduong

Post on 29-Aug-2019

230 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Protectii prin relee – Notiuni introductive

3

1. NOTIUNI INTRODUCTIVE

1.1 Introducere

Un sistem electroenergetic este constituit din surse de energie electrică, retele electricede transport şi distributie, precum şi consumatori de energie electrică – figura 1.

Totalitatea instalatiilor electroenergetice interconectate, situate pe teritoriul unei tări, prin carese realizează producerea, transportul, distributia şi utilizarea energiei electrice constituie unsistem electroenergetic national (SEN).

Figura 1 – Structura unui sistem energetic

Statiile electrice (figura 2) sunt noduri în SEN care cuprind mai ales extremitătileliniilor electrice, legături conductoare, aparataj electric, clădiri şi (auto)transformatoarede fortă. În principal, statiile electrice pot realiza functii de:• transformare: prin intermediul transformatoarelor este modificată tensiunea (statiiridicătoare sau coborâtoare), fiind deci posibilă interconectarea mai multor retele dediferite tensiuni. Statiile detransformare care realizează transformarea energiei la o treaptă de joasă tensiune ( ≤ 1kV) constituie categoria posturilor de transformare.• conexiune: contin legături conductoare şi aparataj electric cu tensiunea nominală maimare de 1 kV şi sunt destinate primirii şi distribuirii energii electrice, la aceeaşi tensiune şifrecventă. Statiile de conexiuni de medie tensiune, destinate alimentării unor posturi detransformare constituie puncte de alimentare.• conversie: prin intermediul convertizoarelor, curentul alternativ este convertit în curentcontinuu sau invers. [4]

Protecţii prin relee clasice si numerice

4

Figura 2 – Structura unei statii electrice [4]

Asadar, o statie electrica reprezinta un nod în cadrul unei retele, nod la care sunt racordatemai multe elemente de retea: generatoare, linii electrice , transformatoare, etc. Ansamblul deaparate electrice si legaturi conductoare prin care un element de retea este racordat la o statieelectrica este numit frecvent circuit electric : circuit de linie, circuit de transformator etc.

Din punct de vedere al functiei îndeplinite, circuitele electrice pot fi:-circuite primare: sunt circuite prin care se realizeaza tranzitul de energie de la surse catreconsumatori (de exemplu circuite de generator, transformator, linie electrica, cupla etc.);-circuite secundare: sunt circuite care contribuie în diferite feluri la buna functionare acircuitelor primare (circuite de masurare, protectie, comanda, control, semnalizare etc.).

Legatura între circuitele primare si cele secundare se realizeaza prin intermediultransformatoarelor (senzorilor) de curent si de tensiune.

Circuite secundare

Protectii prin relee – Notiuni introductive

5

Figura 3 – Circuite primare si secundare [14]

Prin schema se întelege un desen care arata modul în care diferite parti ale unei retele,instalatii, ale unui aparat sau ale unui ansamblu de aparate sunt functional conectateîntre ele. Clasificarea schemelor electrice se poate face dupa mai multe criterii, cum ar fi:-numarul de conductoare reprezentat pe desen:

· scheme monofilare: indiferent de numarul de conductoare ale circuitului sereprezinta numai unul, celelalte fiind echipate identic;

· scheme multifilare: daca echiparea fazelor este diferita, se reprezinta toateconductoarele circuitului;

-scopul urmarit prin reprezentare:-scheme explicative (principiale sau detaliate);-scheme de conexiuni, destinate realizarii fizice si verificarii conexiunilor;-scheme sinoptice, reprezentând starea reala a aparatelor de comutatie la un moment dat;-planuri de amplasare, care ofera indicatii precise despre amplasarea partilor uneiinstalatii.

Sistem de comanda consta in ansamblul de dispozitive si alte aparate necesare pentruindeplinirea functilor specifice de inchidere, deschidere, comutare etc.

Sistem de protectie (subsistem in cadrul sistemului de circuite secundare) reprezintaansamblul format din unul sau mai multe echipamente de protectie si alte aparatedestinate sa indeplineasca una sau mai multe functii specificate de protectie [CEISO(448-11-04)].Un sistem de protectie include unul sau mai multe echipamente de protectie,transformatoare de masura, cablaj, circuit(e) de declansare, de alimentare auxiliara,precum si (daca sunt prevazute) una sau mai multe legaturi de transmisie.

Protecţii prin relee clasice si numerice

6

Sistemul de supraveghere reprezinta ansamblul de dispozitive si alte aparate necesarepentru indeplinirea functiilor specifice de semnalizare (alarma), indicare de stare,masura, inregistrare etc.Un sistem de supraveghere cuprinde atat aparatele de supraveghere, cat si caile detransmisie si de alimentare.

In limba romana, termenul “control” trebuie utilizat cu prudenta, deoarece in limba englezase foloseste, de cele mai multe ori, cu sensurile de conducere, comanda, dar si cusensurile de indicare, reglare. [4]

Sistem de supraveghere, comanda si achizitie a datelor (SCADA) reprezinta un sistemcare supravegheaza si comanda un proces distribuit geografic (CEI 870-1-3).

Sistem de teleconducere reprezinta sistemul de conducere care serveste la supraveghereasi comanda proceselor distribuite geografic de la distanta. El cuprinde tóate echipamentelesi toate functiile necesare achizitionarii, prelucrarii, transmisiei si afisarii informatiilor deproces (CEI 870-1-3).

Conducerea prin dispecer a sistemelor electroenergetice este o activitate specifică industrieienergiei electrice, având drept scop exploatarea coordonată a instalatiilor şi echipamentelorcomponente.Obiectivele conducerii prin dispecer a sistemelor energetice se referă la:• alimentarea consumatorilor în conditii de sigurantă, calitate şi eficientă economică;• utilizarea ratională a resurselor energetice;• asigurarea unui echilibru permanent productie-consum;• reglarea schimburilor comerciale cu tările vecine;• coordonarea regimurilor de functionare şi a manevrelor în regim normal şi de avarie.

1.2.Structura sistemelor de circuite secundare

Locul circuitelor secundare in structura unei statii este prezentat in figurile 2 si 3.Principalele componente ale unui sistem de circuite secundare dintr-o statie electricasunt [4]:-echipamentul de protectie si automatizari;-echipamentul pentru conducere locala;-echipamentul pentru teleconducere;-echipamentul pentru telecomunicatii;-echipamentul auxiliar (alimentare c.a. si c.c., detectare si stingere a incendiilor, ventilatieetc.).

1.3 Protectia si automatizarea

Protectia este prevazuta pentru:a) detectarea defectelor si deconectarea automata, prin intermediul intreruptoarelor, aunei sectjuni (zone) de retea atinsa de un defect;b) detectarea regimurilor anormale, periculoase pentru functionarea elementelorsistemului, comandand fie semnalizarea, fie actionarea unor aparate de comutatie, inscopul prevenirii aparitieiunui defect sau limitarii extinderii unor defecte.Pentru fiecare sectiune (zona) de retea sunt totdeauna instalate:

Protectii prin relee – Notiuni introductive

7

-una sau doua protectii principale, care declanseaza intreruptorul (intreruptoarele)legat(e) direct la elementut defect;-una sau mai multe protectii de rezerva, care lucreaza numai in cazul refuzuluiinterventiei protectiei principale sau a intreruptorului; timpul de deconectare prinprotectiile de rezerva este mailung si deseori este deconectata o parte mai mare de retea.Automatizarea este prevazuta in scopul efectuarii unor actiuni, fara interventia omului,la depasirea limitelor stabilite pentru anumiti parametri sau pe baza unui program,astfel incat sa seasigure calitatea energiei livrate si siguranta in functionare.Automatizarile pot fi:-de sistem/retea;-de statie;-de celula.

Figura 4 – Sistemul de protectii al unui circuit [10]

1.4 Conducerea localaConducerea locala consta dintr-un sistem de colectare (achizitie) a datelor si un sistemde emitere a comenzilor, prin intermediul interfetei om-masina (MMI). Sistemul de

Protecţii prin relee clasice si numerice

8

colectare a datelor fumizeaza informatii privind pozitia aparatelor, incarcarea liniilor,temperaturile si sarcinile transformatoarelor, nivelurile tensiunilor, functionarea releelor,timpul afectat evenimentelor etc. in camera de comanda a statei. Aceste informatii suntexpuse pe tablouri si scheme sinoptice (cu echipament conventional) sau pe unitati cudisplay video (cu echipament numeric). Comenzile intreruptoarelor, separatoarelor,comutatoarelor de ploturi etc. sunt emise, in mod normal, din camere de comada siastfel este posibil ca de aici sa se exercite controlul total al statiei prin intermediulinterfetei om-masina. In cazul in care comanda data din camera de comanda unreuseste, poate fi efectuata o comanda, de rezerva, din alte puncte ale circuitelorsecundare (cabina de relee, cutia de conexiuni etc.) sau chiar de la dispozitivul deactionare a aparatului respectiv.

1.5. TeleconducereaLa statiile fara personal, functiile de conducere se efectueaza de la un centru deconducere zonal, care primeste informatii de la statii si conduce mai multe statii.Aceasta se face cu ajutorul unuisistem de supraveghere, comanda si achizitie a datelor, a carui denumire consacrata inlimba engleza este supervisory control and data acquisition system (SCADA system). Dela fiecare statie, prin intermediul unei unitati terminale de teleconducere, denumitageneric (RTU2) se transmit informatiilenecesare pentru a se desena un tablou complet al retelei supravegheate. In sens invers,se transmit comenzile de la centrul de conducere la statii.In retelele mari, cu mai multe centre de conducere zonala, producerea energiei sirealizarea schemei optime a retelei de transport a energiei se dirijeaza si sesupravegheaza de la un dispecerat central care obtine, pe rand, informatiile necesare dela centralele electrice, centrele de conducere zonala etc.Conducerea locala la statiile fara personal se mentine ca ajutor si pentru a fi utilizata intimpul lucrarilor de intretinere. In statiile nou construite. posibilitatile normale deconducere locala se vor asegura, de regula, prin intermediul unei unitati display cutastatura, care se bazeaza pe echipamentul de teleconducere si poate fi integrata inacesta, fiind prevazuta ca posibilitate deconducere de rezerva la nivel local.

1.6. TelecomunicatiileSistemul de telecomunicatii asigura schimbul de informatii intre obiectivele energeticesi punctele de conducere (dispeceri) si intre obiectivele energetice.Prin intermediul acestui sistem se pot realiza urmatoarele tipuri de transmisiuni:-telecomenzi, telesupraveghere;-transmisiuni aferente protectiei prin relee si automaticii antiavarie;-transmisiuni de date;-transmisiuni telefonice, telefax etc.Telecomunicatiile, din punct de vedere al scopului lor, se impart in doua categorii:-necesare conducerii operative a Sistemului Energetic Na1ional (SEN);-necesare gestionarii tehnico-administrative.

1.7. Echipamentul auxiliarPentru a asigura fiabilitatea in functionare a echipamentului de protectie si deconducere, alimentarea auxiliara se bazeaza pe energia acumulata (baterii deacumulatoare electrice, aer comprimatetc.). Energia acumulata se obtine din instalatia de servicii auxiliare de curent alternativprin redresoare, compresoare, pompe etc.

Protectii prin relee – Notiuni introductive

9

Aceleasi servicii de curent alternativ asigura alimentarea instalatiilor de iluminat, deconditionare a aerului, de racire a unor utilaje etc.Echipamentele prevazute pentru alimentarile auxiliare trebuie sa corespunda unorexigente deosebite, specifice echipamentului alimentat.

1.8 Instalatiile pentru combaterea incendiilor vor fi prevazute in conformitate cuprevederile normativelor in vigoare(PE 009).

Sistemul de circuite secundare trebuie sa fie proiectat astfel, incat sa satisfaca cerinteleprivind:-functionarea, exploatarea si intretinerea;-mediul ambiant;-comportarea la seism;-compatibilitatea electromagnetica;-ergonomia;-raportul optim intre profit si cheltuieli.

1.9.Sistemul de conducere (supraveghere şi control) pentru o statie eléctrica1.9.1 Generalitati

Figura 5 – Structura unui sistem de conducere autómata [14]

Conducerea operativa a statiilor se poate realiza prin:-conducere locala;-teleconducere (conducere de la distanta).

1.9.2 Conducere localaGrupele principale de functii care sunt realizate prin conducere locala sunt:-achizitia informatiilor de supraveghere;-comenzi locale;-transmiterea si/sau receptia de informatii sau comenzi de la/catre punctele de dispecersi alti utilizatori;-prezentarea si stocarea informatiilor;

Protecţii prin relee clasice si numerice

10

-autodiagnoza echipamentelor de conducere locala;-instruirea personalului si alte functii conexe;-alte functii complexe specifice conducerii statiei (de exemplu, reglaj automat detensiune).Realizarea acestor functii este asigurata la nivel de sistem prin urmatoarele echipamenteprincipale:-echipamentul de teleconducere (ETC), care realizeaza functiile de achizitie ainformatiilor si de comenzi. In literatura de specialitate acest sistem este cunoscut sisub denumirea de SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition);-echipamentele terminale de date si de cai de transmisie, care realizeaza functiile deintrari si ietiri de informatii si comenzi;-echipamentul operator, care realizeaza functiile de prezentare a informatiilor (ecrane,imprimante, panouri sinoptice).Sistemele moderne de conducere si teleconducere bazate pe microprocesoare permitrealizarea tuturor functiilor necesare, precum si autodiagnoza, stocarea informatiilor,instruirea personalului etc.

Sistemul de conducere a unei statii electrice este ierarhizat pe mai multe nivele:-nivelul 1 -celula;-nivelul 2 -statie;-nivelul 3 -centru de conducere operativa.

Figura 6 - Sistem de conducere descentralizat

Protectii prin relee – Notiuni introductive

11

Figura 7 - Sistem de conducere centralizat [4]

1.9.3. TeleconducereFunctiile de conducere se realizeaza dintr-un centru de conducere operativa, careprimeste informatii de la statii si conduce mai multe statii.Transmiterea informatiilor de la fiecare statie catre centrul de conducere si in sensinvers, a comenzilor de la centrul de conducere la fiecare statie se realizeaza cuajutorul echipamentelor terminale ale circuitului de date, ETD.In cazul statiilor fara personal, comanda locala poate fi alcatuita mai simplu si esteutilizata ca rezerva a telecomenzii si pentru comenzi in timpul lucrarilor de intretinerea echipamentelor.Pentru staiiile noi fara personal, conducerea locala poate fi asigurata, de regula, prinintermediul unei unitati de afisare video si tastatura integrate in echipamentul deteleconducere.Aceasta reprezinta conducerea de rezerva a statiei la cel mai de jos nivel.

1.9.4. Functiile sistemelor numerice de conducereFunctiile sistemelor de conducere sunt organizate pe trei nivele principale:-functii de aplicatie, reprezentate prin totalitatea functiilor care acopera necesitatile deconducere ale procesului tehnologic;-functii de prelucrare operativa, care cuprind functiile de prezentare a informatiilor prinintermediul echipamentului operator;-functii de transmisie a datelor.

1.9.5 Functii de aplicatieFunctiile de aplicatie sunt de doua categorii, dupa cum urmeaza:-functii de baza;

Protecţii prin relee clasice si numerice

12

2. RELEE DE PROTECTIE. FUNCTII. CERINTE

2.1 Definitii

Un sistem de protecţie prin relee este alcătuit din totalitatea dispozitivelor şiaparatelor destinate să asigure, în mod automat, deconectarea unei instalaţii la apariţia unuidefect sau regim anormal de funcţionare periculos pentru instalaţie sau cel puţin să semnalezeaceasta [1], [2].

Prin separarea automată a unei instalaţii defecte se urmăresc trei obiective:- să împiedice dezvoltarea defectului şi extinderea acestuia asupra altor instalaţii;- să preîntâmpine distrugerea izolaţiei şi aparatelor ca urmare a şocului

electrodinamic şi electrotermic, întrerupând rapid toate posibilităţile de alimentarea locului de defectare;

- să contribuie la restabilirea funcţionării normale pentru continuitatea alimentariiconsumatorilor de energie electrică.

Releul electric de protecţie este aparat electric care execută închiderea, deschidereasau comutarea unuia sau mai multor contacte la variaţii ale unor marimi electrice aplicate laintrarea acestuia.

Releul transmite comanda de declanşare la mecanismul (dispozitivul) de declanşare alîntreruptorului.

2.2 Structura releului de protecţie

Schema bloc de elemente a unei instalaţii de protecţie prin relee este ilustrată în figura 8,unde s-a considerat o protecţie maximală de curent pentru o linie electrică aeriană conectatăprin întreruptorul IL la barele SEE [1], [2].

Elementele din schemă sunt: transformatorul de curent TC, transformatorul de tensiuneTT, blocul de intrare BI care poate fi realizat cu relee cu contacte, sau printr-o interfaţăformată din traductoare şi/sau filtre la instalaţii realizate cu mP sau automate programabile.Mărimile M1 şi M2 se aplică blocului de prelucrare logică a informaţiei BPL care este şi unbloc de decizie. Acesta stabileşte dacă există regim anormal de funcţionare / de defect, iar încaz afirmativ eliberează un semnal de execuţie la blocul de ieşire BE. De la acesta pleacăcomanda de declanşare la întreruptor, respectiv semnalizarea execuţiei acestei comenzi.

BTP - blocul de temporizare care asigură, dacă este necesar, o anumită temporizare(intarziere a executiei raspunsului releului);

BA - blocul de alimentare al schemei care asigură tensiunile operative de CC pentrufuncţionarea întregii scheme de protecţie.

Instalaţia de protecţie - are un caracter mai larg, putând fi examinată în mai multeipoteze:

1. protecţia de tip sau funcţie elementară independentă de obiectivul protejat (deexemplu: protecţia maximală de curent sau protecţie diferenţială sau protecţieminimală de impedanţă etc);

2. protecţia ca instalaţie de comandă automată pentru un anumit tip de defect(protecţie împotriva scurtcircuitelor polifazate, protecţie împotriva suprasarcinilor,protecţie împotriva punerilor la pământ);

Protectii prin relee – Notiuni introductive

13

3. protecţia ca instalaţie complexă cu funcţiuni corelate în cadrul unui ansamblu deelemente de protejat (protecţia părţii electrice a unei centrale sau protecţia unei reţeleelectrice).

Parametrii principali ai releelor [1], [2], [3]

1) Parametrii nominali ( Un, In, fn, Zn , etc.) - mărimi ce pot fi suportate timp îndelungatde aparat;

2) Valori de pornire (acţionare) - valori la care acţionează releul;3) Valoarea de revenire - valoarea mărimii controlate la care elementele de execuţie ale

aparatului acţionează invers decât la acţionare;4) Factorul de revenire :

1porniredevaloareareveniredevaloarea

¹=revK

La releele maximale care acţionează la depăşirea unei mărimi Krev<1; lareleele minimale, care acţionează la scăderea mărimii de acţionare sub valoareareglată, Krev > 1.

Se consideră că un releu este cu atât mai bun cu cât Krev este mai aproape de 1.5) Timpul propriu de acţionare al releului care este timpul măsurat din momentul

atingerii valorii de acţionare până la emiterea mărimii de execuţie (la ieşire). La acesttimp se adaugă inerţia proprie a aparatului, la care se adună timpul reglat al aparatului.

T

BPLBI

BTP

BE

BA

SEE

IL

M1

M2

• •220 /110 Vcc

Semnalizare

Declanşare IL

LEA(LES)

TCºº

Fiura. 8. Schema bloc de elemente a unui circuit de protecţie prin relee.

Protecţii prin relee clasice si numerice

14

6) Puterea consumată de releu - este în raport invers cu sensibilitatea releului. Aceastămărime intervine la încărcarea circuitelor secundare şi la calculul şi alegereatransformatoarelor de măsură care alimentează schema (TC,TT).

7) Puterea de rupere (capacitatea de comutare) este puterea maximă din circuitulcomandat prin contactele releului fără ca acesta să se deterioreze.

8) Poziţia normală a contactelor (normal deschise sau normal închise). Se considerăpoziţie normală a contactelor starea lor iniţială, cu aparatul nealimentat.

9) Stabilitatea termică şi electrodinamică care este capacitatea aparatului de a suporta untimp limitat efectele curenţilor de scurtcircuit, fară consecinţe negative.

10) Eroarea releului este diferenţa dintre valoarea reală de acţionare şi valoarea reglatăpentru acţionare.

În concluzie: Se poate spune că releele electrice sunt aparate automate care, subacţiunea unui parametru electric aplicat la intrare, produc variaţia în salt (brusc) a mărimii deieşire la o anumită valoare a parametrului de intrare. Ele funcţionează pe baza codului DA/NUşi fac parte din categoria aparatelor pentru comenzi discontinue.

2.3. Cerinţe impuse protecţiei prin relee [1], [2], [3]

Cerintele impuse protectiei prin relee sunt : rapiditatea; selectivitatea; sensibilitatea;fiabilitatea; independenţa faţă de condiţiile de exploatare; eficienţa economică.

Rapiditatea

Pentru menţinerea stabilităţii unui sistem electroenergetic există un timp de declanşarelimită al defectului, care nu trebuie depăşit, pentru a se asigura revenirea la regimul nominal,cu tensiunea Un.

Lichidarea rapidă a defectelor asigură totodată restabilirea tensiunii la valoarea denU×7,0 ceea ce face posibilă autopornirea motoarelor asincrone alimentate de la respectivele

bare. Un alt avantaj al rapidităţii este reducerea secţiunii de calcul la scurtcircuit aconductoarelor electrice, care se determină cu relaţia de mai jos:

,fscc tKI

s ×= ¥ unde:

K - constantă de material;I¥ - valoarea stabilizată a curentului de scurtcircuit;tf - timpul fictiv - timpul în care un curent cu valoarea I¥ produce acelaşi efect termic ca şi

curentul de scurtcircuit în timpul real de defect. Cu cât protecţia lucrează mai repede, cu atâttimpul fictiv este mai mic, deci se face o importantă economie de material şi scade preţul decost.

SelectivitateaSelectivitatea reprezintă alegerea elementelor (porţiunii) defecte pentru declanşare. În

figura 9 se prezintă două cazuri în care urmează a se asigura funcţionarea selectivă a protecţieiprin relee.

În cazul a) defectul K se poate lichida prin deschiderea I1 şi I4 care este o declanşareneselectivă ce lasă nealimentaţi consumatorii de la barele C.

Dacă sunt declanşate întreruptoarele I1 şi I2 declanşarea este selectivă, barele staţiei Cfiind alimentate dinspre sursa B.

Protectii prin relee – Notiuni introductive

15

Dacă defectul este în generator (figura b), protecţia acţionează I1 şi comandă automatulADR pentru dezexcitarea rapidă (ADR), permiţând funcţionarea în continuare între cele douătensiuni şi alimentarea serviciilor interne, din reţea. Dacă defectul este în trafo ( K2 ) protecţiadeclanşează toate întreruptoarele şi comandă ADR (funcţionarea nu ar mai avea sens).

O funcţie selectivă implică declanşarea întreruptoarelor cele mai apropiate de locul dedefect.

Selectivitatea se asigură fie prin temporizarea declanşărilor, în trepte de timpcrescătoare sau/şi prin direcţionarea acţionării protecţiei.

In acest context, se defineste notiunea de zona de protectie. In scopul stabilirii unuisistem de protectie rapid si selectiv, sistemul electroenergetic se imparte in zone de protectie,fiecare zona avand un sistem propriu de protectie care poate fi si sistem de protectie de rezevapentru zonele adiacente.

a)

b)

Figura 9 Asigurarea funcţionării selective a protecţiei prin relee.

B1

I2

• U1

TK2

B2

I3

• U2

I4

Ia SI

I1

decl.PROT.

GS

K1GS

ADRacţ.

A

B1 B2I5 I6L3

BI1 I4

L1 L2K

I2 I3

C

Consumator

Protecţii prin relee clasice si numerice

16

Zonele de protectie se intrepatrund, astfel incat sa nu existe nicio parte componenta asistemului neprotejata [10].

Se definesc, de asemenea, notiunile proectie de baza si protectie de rezerva, cu cele douavariante, rezerva locala si rezerva la distanta.

Protectia de baza reprezinta protectia care trebuie sa actioneze prima in caz de defect inzona protejata.

Protectia de reserva reprezinta protectia care actioneaza in cazul in care protectia de bazanu actioneaza. Protectia de reserva poate fi instalata in acelasi loc cu protectia de baza(reserva locala) sau poate fi instalata intr-o zona adiacenta (reserva indepartata).

Sensibilitatea protecţiei:

Se calculează un coeficient de sensibilitate:

admsenspp

SCCsens K

IIK min

min ³= .

Se poate observa că dacă Ipp creşte, Ksens scade; rezultă că pot fi necesare măsuricompensatoare pentru creşterea acestei sensibilităţi.

Fiabilitatea: reprezintă calitatea unei protecţii de a acţiona ori de câte ori este necesar(siguranţa acţionărilor) şi numai atunci când este necesar (siguranţa neacţionărilor, deciabsenţa acţionărilor false (intempestive).

Independenţa faţă de condiţiile de exploatare:

O schemă de protecţie trebuie să lucreze corect şi selectiv independent de încărcare(regim maxim – regim minim), sau de modificările care apar în configuraţia reţelei,peparcursul exploatării acesteia.

Eficienţa economică: -se evaluează costul instalaţiei de protecţie şi procentul din costul totalal instalatiei protejate.

În cazul protecţiilor numerice costul poate fi mai ridicat, dar soluţiile se justificădeoarece costul echipamentelor primare (generator, trafo) este în continuare foarte mare.

Protectii prin relee – Notiuni introductive

17

2.4 Defecte şi regimuri anormale în sistemele electrice din punct de vedere al protecţieiprin relee

Defecte:- scurtcircuite polifazate sau monofazate în reţele cu curenţi mari de punere la

pământ;- simpla/dubla punere la pământ în reţele cu curenţi mici de punere la pământ, cu

neutrul netratat;- întreruperea unei faze care provoacă vibraţii în rotor, pierderi suplimentare,

încălzirea bobinelor şi perturbă funcţionarea liniilor de telecomunicaţii învecinate.

Regimuri anormale:1) supraintensităţi determinate de suprasarcini sau de scurtcircuitele exterioare; acestea

provoacă supraîncălziri, uzura izolaţiei şi a contactelor ceea ce reduce durata de exploatarea echipamentelor.

2) pendulările de energie, determinate de regimurile tranzitorii din sistem şi desincronizările nereuşite, ce provoacă apariţia pe linie a unui curent de egalizare de şoc deintensitate mare care poate provoca acţionări neselective ale protecţiilor. Ele se deosebescprin perioada mare (0,2 ¸ 2 sec.) şi printr-o variaţie lentă, precum şi prin absenţacomponentelor de secvenţă inversă şi homopolară care apar la toate scurcircuitele dinreţea.

Regimuri tranzitorii [6], [12]1)Regim tranzitoriu de scurtcircuit2)Regim de soc de magnetizare3)Fenomenul de saturare a transformatoarelor de curent

2.4.1 Regimul tranzitoriu de scurtcircuit [12]Regimul tranzitoriu al reţelei, în sens larg, cauzat de modificări rapide în structura ei (în

reţeaua definită de parametrii R, L, C) şi redistribuirea energiilor înmagazinate în elementelecapacitive şi inductive, dă naştere la mărimi electrice (tensiuni şi curenţi) specifice unorfenomene ce pot fi clasificate astfel [3] :

-fenomene tranzitorii ultrarapide, ce apar în general pe liniile de transport, caracterizate prinunde electromagnetice care se deplasează pe linii cu viteze apropiate de cea a luminii, dândloc la reflexii în capetele liniilor şi/sau în nodurile în care are loc o modificare de impedanţă;

-fenomene tranzitorii rapide, constând în oscilaţii generate de circuitele rezonante constituitedin elementele R,L,C ale reţelei în diferite combinaţii. Frecvenţele acestora variază în domeniularg, de la frecvenţe audio ce apar în oscilaţiile tensiunilor de restabilire, până la frecvenţeinferioare frecvenţei proprii a reţelei, inclusiv componente aperiodice, ce apar la curenţii descurtcircuit.

-fenomene tranzitorii lente reprezentând oscilaţiile electromecanice ale rotoarelormaşinilor sincrone, considerate cvasi-staţionare şi nu au importanţa esenţială în analizele ce seprezintă în continuare;

-fenomene tranzitorii ocazionate de producerea scurtcircuitelor în reţele, caracterizateprintr-un regim oscilant cu frecvenţa sistemului compus cu un regim aperiodic determinat deconstantele de timp ce depind de elementele R,L,C ale reţelei. Peste acestea două se suprapunoscilaţii cu frecvenţe mari care, de regulă, se amortizează în primele 10-15ms.

Protecţii prin relee clasice si numerice

18

2.4.2 Curentul de magnetizare [6], [13]

Cand in transformator este pus sub tensiune, poate sa apara un curent tranzitoriu demagnetizare. Acest curent de magnetizare, care pentru protectii (diferentiale) poate fi consideratcurent de defect intern, poate atinge valori de la 6 pina la aproximativ 8 ori curentul de sarcina.Factorii care controleaza durata si amplitudinea curentului de magnetizare sunt:

-puterea transformatorului;-rezistenta in sistemul electroenergetic de la sursa pina la transformatorul respectiv;-caracteristicile fizice ale transformatorului;-fluxul rezidual si momentul punerii sub tensiune.Considerând cazul limita de cuplare in gol si un regim nesaturat in perioada tranzitorie

(situatie nereala), curentul de magnetizare are forma:

io = iop + ioaavând componentele:

iop - curentul periodic de magnetizareioa - curentul aperiodic (tranzitoriu)

Expresiile lor simplificate sunt:

)tcos(Z

Ui op 01

12j+w=

)R/L/(toa ecos

ZUi 11

01

12 -j=

unde:U1, Z1, R1, L1 marimi referitoare la infasurarea primara;jo - faza tensiunii in momentul cuplarii.

Din analiza acestor ecuatii rezulta:-valoarea componentei aperiodice si deci a curentului de magnetizare depinde de

momentul cuplarii: va fi maxima pentru j o = 0, deci când tensiunea trece prin zero si va finula (curentul de magnetizare io va avea numai componenta periodica iop) când jo = p/2, decicând tensiunea are valoarea maxima;

-timpul in care se amortizeaza componenta aperiodica depinde de constanta de timp ainfasurarii, respectiv de L1 / R1 .

Rezistenta electrica de la sursa pina la transformator determina amortizarea curentului.Transformatoarele din apropierea generatoarelor vor avea un curent de magnetizare de lungadurata pentru ca rezistenta este foarte mica. De asemenea, transformatoarele mari au un curent demagnetizare de lunga durata pentru ca inductanta L este foarte mare in comparatie cu rezistentaR.

In realitate, insa, valoarea curentului in momentul cuplarii depinde si de starea demagnetizare initiala, respectiv de existenta unui flux remanent (± FR), care poate contribui lamarirea sau micsorarea valorii curentului.

Rezulta, deci, ca situatia cea mai defavorabila apare atunci când j o = 0 si fluxulremanent are valoarea maxima posibila si de sens opus fluxului permanent, fiind atinsavaloarea maxima totala dupa o semiperioada.

Protectii prin relee – Notiuni introductive

19

In primele cateva perioade, curentul de magnetizare descreste rapid, apoi scade foartelent daca rezistenta este mica. In relatia care defineste constanta de timp a circuitului (L/R) Lvariaza ca rezultat al saturarii transformatorului. In timpul primelor perioade, saturatia este maresi L este mica. Conform literaturii de specialitate, constanta de timp are valori cuprinse intre200ms, pentru transformatoare mici, pina la un minut, pentru transformatoare mari.

Cele prezentate sunt valabile atât pentru transformatorul monofazat cât si pentru o fazaa transformatorului trifazat. Pentru transformatoarele trifazate, curentul de magnetizare inregim tranzitoriu mai este influentat atât de simetria/nesimetria circuitului magnetic cât si degrupele de conexiuni. Astfel, transformatoarele trifazate obisnuite, având circuitul magneticnesimetric, va necesita curenti de magnetizare diferiti; mai mari pe fazele (coloanele) externe,mai mici pe faza (coloana) centrala si aceasta se datoreste diferentei de reluctanta intrecoloana centrala (mai mica) si coloanele externe. Grupa de conexiuni modifica componenta inarmonici a curentului de magnetizare, respectiv a curentilor de linie in raport cu cei de faza.Tipica in acest sens este infasurarea in triunghi la care, in curentii de linie, armonica a 2-a estefoarte mica in raport cu a curentilor pe faza. Componenta in armonici difera deci intre oinfasurare in triunghi si alta in stea.

2.4.3 Saturarea transformatoarelor de curent în cazul unui regim tranzitoriu descurtcircuit

Fenomenul de saturare a transformatoarelor de curent depinde de mai mulţi factori,unul dintre aceştia fiind caracteristica de magnetizare a acestuia [8].

În Figura 10 este reprezentată caracteristica de magnetizare a unui transformator,B=f(H).

Datorită valorii mari a curentului total, transformatorul de curent poate intra în regimde saturaţie şi erorile acestuia cresc considerabil [9], [11]. Din acest punct de vedere se potdefini două regiuni:

-miezul TC nesaturat şi erorile se încadrează în domeniul declarat de constructor;-miezul se saturează şi erorile nu mai pot fi previzionate, depăşind erorile acceptate

prin condiţiile de proiectare ale TC.Miezul se saturează din momentul în care valoarea maximă a curentului depăşeste

cotul de saturaţie - Figura 10. Acest regim poate fi atins indiferent de prezenţa componenteiaperiodice, dar, de regulă, componenta aperiodică măreşte saturaţia miezului în regim desaturaţie curentul secundar este reprodus corect până în momentul când apare fenomenul desaturaţie, deformarea undei fiind cu atât mai mare cu cât procesul de saturare este maipronuntat [7].

Protecţii prin relee clasice si numerice

20

Figura 10 Exemplu de caracteristica de magnetizareÎn Figura 11 este prezentată situaţia în care lipseşte componenta aperiodică, respectiv un

regim cu saturaţie mai mică (Figura 11a) şi un regim cu saturaţie mai pronunţată (Figura 11b)

Figura 11: Regimuri de saturare a transformatoarelor de curent

Aşa cum s-a menţionat, componenta aperiodică, în special când are valoarea maximă,duce la o creştere a procesului de saturare (Figura 12) [5].

Indiferent cum se ajunge la procesul de saturaţie, apariţia acestui regim afectează înmod serios valorile secundare ale curentului de scurtcircuit prin erorile foarte mari carerezultă ce nu pot fi apreciate şi care influenţează sistemele de măsură ale echipamentelor deprotecţie.

Protectii prin relee – Notiuni introductive

21

Figura 12:Saturare accentuata a transformatoarelor de curent

Pentru a nu se şi constantelor de timp secundare.ajunge la această situaţie este necesar ca la valoarea de vârf a lui i0, dat de adunarea celordouă componente, să nu se atingă valoarea de saturaţie a circuitului magnetic. Aceasta sepoate realiza printr-o supradimensionare a transformatorului de curent şi prin alte măsuriconstructive sau prin reducerea sarcinilor

2.5 Avantajele protecţiilor digitale (numerice)[14]

Principalele avantaje ale protecţiilor electronice şi numerice, cu comutaţie statică,realizate cu relee electronice, cu microprocesoare şi automate programabile sunt:

- rapiditate în funcţionare;- consum propriu redus ceea ce determină reducerea puterii surselor sau a

transformatoarelor de măsură;- gabarit redus ce micşorează costul investiţiei;- cheltuieli reduse în exploatare şi întreţinere;- număr de acţionări nelimitat şi durată lungă de viaţă;- siguranţă sporită în funcţionare datorată lipsei contactelor şi a pieselor în mişcare;- sensibilitate crescută;- posibilitatea tipizării subansamblelor sau utilizarea unor elemente logice

normalizate cu posibilitatea înlocuirii rapide a elementelor (subansamblelor)defecte;

- posibilitatea realizării unor relee cu funcţiuni multiple de protecţie, comandă şimăsurare;

- integrarea sistemelor de protecţie în sistemele complexe de conducere automatăpentru instalaţiile electroenergetice, cu funcţii multiple "on-line", respectiv "off-line".

Protecţii prin relee clasice si numerice

22

Dispecer(centrul de control)

Calculatorulstaţiei

Interfaţa deoperare

Magistrala de date

Releu deprotecţie cu

microprocesor1

Releu deprotecţie cu

microprocesorN

Unităţi achiziţiedate

Unităţi achiziţiedate

Sistem electroenergetic

Nivelul 4

Nivelul 2 canal de legătură

Nivelul 3

Nivelul 1

Figura 13. Arhitectura unui sistem de protecţie cu calculator pentru SEE.

Protectii prin relee – Notiuni introductive

23

2.6 Codurile ANSI pentru functiile de protectie [14]

Protecţii prin relee clasice si numerice

24

Bibliografie

1 D.Mihoc, s.a. – Protecţii prin relee, Editura Printech, Bucureşti, 2007, ISBN 978-66-521-394-4

2 D.Mihoc, s.a. – Protecţii prin relee, Editura Printech, Bucureşti, 2009, ISBN 978-973-718-715-4

3 S. Călin, s.a., Protecţia prin relee a sistemelor electrice, Editura Tehnică, Bucureşti,1975

4 Norma tehnica pentru proiectarea sistemelor de circuite secundare ale statiilor electrice, NTE011/12/00

5 Oniţa Calotă, ‘’Comportarea transformatoarelor de curent şi de tensiune în regimtranzitoriu de scurtcircuit’’, Referat nr.1 pentru teza de doctorat

6 Oniţa Calotă, ‘’Regimuri tranzitorii în sistemele electroenergetice. Cauze şi efecte’’Referat nr.2 pentru teza de doctorat

7 Oniţa Calotă, s.a. Analiza saturării transformatoarelor de curent în cazul protecţieidiferenţiale de bare, Forumul regional al energiei – Foren 2008, Neptun, 15-19 iunie 2008

8 Oniţa Calotă, s.a. ’’Funcţionarea transformatoarelor de curent în regim tranzitoriu descurtcircuit’’, La Conference Internationale ENERGIE-ENVIRONMENT, CIEM 2003

9 CEI – IEC 44-6;1992 Transformatoare de curent. Prescripţii referitoare la comportareaîn regim tranzitoriu a transformatoarelor de curent pentru protecţie

10 M. Kezunovic, Fundamentals of Power System Protection, Texas University

11 J. Kopecek, Transformatoare de măsură, Editura tehnică, Bucureşti, 1970

12 R.Rudenberg, Fenomene tranzitorii în sistemele electroenergetice, Ed tehnica,Bucureşti,1959

13 N. Chiesa, H. K. Høidalen, M. Lambert, M. Martiınez Duro, Calculation of InrushCurrents – Benchmarking of Transformer Models, International Conference on PowerSystems Transients (IPST2012) - Delft, Olanda, 14-17 Iunie 2012

14 *** - SIPROTEC Manual, Siemens