155481513 amte4 4 protectia liniilor electrice de inalta tensiune

24
Societatea Comercială de Formare a Energeticienilor din România "FORMENERG" - S.A. Bd. Gheorghe Sincai nr. 3; RO-75164; sector 4; Bucureşti Cod unic de înregistrare 14529126; J40/2265/2002 Tel.: +40 1 330.40.05; Fax: +40 1 330.14.96; E-mail: [email protected]; www.eunet.ro/cfp Vasile TUDORA PROTECTIA LINIILOR ELECTRICE DE INALTA TENSIUNE AMte4-4 2008

Upload: trusculetemarius

Post on 27-Nov-2015

121 views

Category:

Documents


3 download

TRANSCRIPT

Societatea Comercială de Formare a Energeticienilor din România

"FORMENERG" - S.A.

Bd. Gheorghe Sincai nr. 3; RO-75164; sector 4; Bucureşti Cod unic de înregistrare 14529126; J40/2265/2002 Tel.: +40 1 330.40.05; Fax: +40 1 330.14.96; E-mail: [email protected]; www.eunet.ro/cfp

Vasile TUDORA

PROTECTIA LINIILOR ELECTRICE DE INALTA TENSIUNE

AMte4-4

2008

Elaborator: ing. Vasile Tudora

Verificator: ing. Elena Georgescu

Redactat: ing. Manuela Gorunescu

Tehnoredactat: tehnored. Gabriela Dron

Grafică: tehn. Stefan Zaharoiu Revizia nr. 0 1 2 3 4 5 6 7 Avizat CTA nr. 1/2002 Reproducerea integrală sau parţială a textului din această broşură este posibilă numai cu acordul prealabil scris al S.C. FORMENERG S.A.

Cuprins

1. Consideraţii generale

2. Protecţiile liniilor radiale 2.1. Secţionarea de curent împotriva scurtcircuitelor între faze şi a

dublei puneri la pământ 2.1.1. Secţionarea netemporizată 2.1.2. Secţionarea temporizată

2.2. Protecţia maximală de curent temporizată 2.3. Protecţia liniilor din reţele cu curenţi mari de punere la pământ

3. Protecţia liniilor din reţelele buclate

3.1. Protecţia maximală de curent direcţională împotriva scurtcircuitelor între faze

3.2. Secţionări direcţionale 3.3. Protecţia împotriva scurtciruitelor monofazate

4. Protecţia reţelelor complexe

4.1. Relee de impedanţă 4.1.1. Caracteristica de timp 4.1.2. Asigurarea selectivităţii 4.1.3. Stabilirea reglajelor 4.1.4. Elemente de pornire 4.1.5. Măsurarea corectă a impedanţei la defecte polifazate

şi monofazate 4.1.6. Blocaje la pendulaţii şi la defecte la transformatoarele de tensiune 4.1.7. Elemente componente ale protecţiei de distanţă

5. Protecţia liniilor de tensiuni foarte înalte (400 kV şi mai

mari) 5.1. Măsuri pentru creşterea siguranţei de funcţionare 5.2. Transmiterea unor comenzi prin semnale de înaltă frecvenţă

între cele două capete ale liniei protejate

6. Protecţii prevăzute pe liniile electrice de înaltă tensiune – reţele cu neutrul legat direct la pământ

Protecţia liniilor electrice de înaltă tensiune AMte4-4

1. Consideraţii generale Principala funcţie a protecţiilor liniilor electrice este să reducă la minimum influenţa defectelor asupra funcţionării sistemului electric, ceea ce impune în majoritatea cazurilor o funcţionare rapidă. Problema deteriorării propriu-zise a liniei nu se pune la fel de acut cum se pune la echipamentul principal din centrale şi staţii, întrucât defectele pe linii nu provoacă deteriorări grave. Tipul şi schema de protecţie care se adoptă pentru liniile electrice depind de mai mulţi factori, dintre care cei mai importanţi sunt:

- configuraţia reţelei (radială, buclată, complexă, cu staţii în derivaţie, cu linii paralele etc.);

- importanta liniei în cadrul sistemului electric sau al interconexiunii; - modul de tratare a neutrului; - tensiunea reţelei; - construcţia (aeriană sau în cablu); - existenţa sau absenţa dispozitivelor RAR; - raportul între curenţii minimi de defect şi curenţii maximi de sarcină (la linii lungi şi

puternic încărcate). Deoarece configuraţia reţelei are ponderea cea mai mare în alegerea tipului şi a schemei adoptate, protecţiile liniilor electrice vor fi expuse în ordinea următoare:

- protecţia liniilor radiale; - protecţia liniilor din reţelele buclate; - protecţia liniilor din reţelele complexe.

2. Protecţiile liniilor radiale Reţelele radiale au cea mai simplă configuraţie posibilă şi datorită acestui fapt selectivitatea se poate obţine uşor după cum urmează:

- pentru protecţiile temporizate – prin eşalonarea temporizărilor crescând de la consumator spre sursă;

- pentru protecţiile rapide – prin desensibilizare în raport cu defectele pe elementul următor, spre consumatori.

Liniile radiale se prevăd cu protecţii: - împotriva scurtcircuitelor polifazate; - împotriva dublelor puneri la pământ şi punerilor la pământ monofazate (în reţelele cu

curenţi mici de punere la pământ); - împotriva scurtcircuitelor monofazate (în reţelele cu curenţi mari de punere la pământ).

5

AMte4-4 Protecţia liniilor electrice de înaltă tensiune

6

Liniile se prevăd cu protecţii de bază, cu acţionare rapidă şi cu protecţii de rezervă, temporizate. Impotriva scurtcircuitelor între faze şi a dublelor puneri la pământ se folosesc ca protecţii rapide secţionările de curent, iar ca protecţii temporizate – protecţia maximală de curent temporizată şi secţionarea temporizată. Impotriva scurtcircuitelor monofazate se folosesc secţionări homopolare şi protecţii maximale homopolare temporizate. In cazuri în care linia prezintă o importanţă mare, se folosesc protecţiile de distanţă. La liniile radiale protecţiile se instalează numai la capătul dinspre alimentare. 2.1. Secţionarea de curent împotriva scurtcircuitelor între faze şi a dublei puneri la

pământ 2.1.1. Secţionarea netemporizată Aceasta este o protecţie maximală de curent cu acţionare rapidă, la care selectivitatea se asigură prin alegerea unui curent de pornire superior valorii curentului de scurtcircuit maxim exterior spre consumator, punctul K1 figura 1. Valoarea curentului de scurtcircuit pe linie este determinată de impedanţa dintre sursa de alimentare şi locul defectului şi se micşorează la creşterea distanţei dintre acestea (curba din figura 1).

Figura 1

Protecţia acţionează în zona în care curentul de scurtcircuit este mai mare decât curentul de pornire a protecţiei; aceasta se numeşte zona protejată.

Protecţia liniilor electrice de înaltă tensiune AMte4-4 Defectele din afara zonei protejate (zona moartă) sunt lichidate de protecţia maximală de curent temporizată. Fiind selectivă prin alegerea curentului de pornire a protecţiei, protecţia nu necesită temporizare. 2.1.2. Secţionarea temporizată Această protecţia se foloseşte împreună cu secţionarea netemporizată pentru reducerea timpului de lichidare a defectelor din zona moartă a secţionării netemporizate, întrucât temporizarea protecţiei maximale de curent, care asigură protecţia acestei zone, poate ajunge la valori mari pe liniile apropiate de surse. Selectivitatea protecţiei se asigură prin alegerea unui curent de pornire a protecţiei mai mare decât curentul de scurtcircuit maxim pentru un defect apărut la capătul opus al elementului următor liniei protejate (spre consumator) punctul K2 figura 2

Figura 2

Protecţia acţionează la defecte în porţiunea în care curentul de scurtcircuit este superior curentului de pornire al protecţiei. Aşa cum se vede din figura 2, protecţia acţionează parţial şi la defecte în transformator, defecte care trebuie lichidate de protecţia rapidă a transformatorului. Pentru a evita declanşarea neselectivă a liniei la astfel de defecte, protecţia se temporizează cu o treaptă de timp mai mare decât timpul de acţionare a protecţiei rapide a transformatorului ( )

3at .

7

AMte4-4 Protecţia liniilor electrice de înaltă tensiune

8

2.2. Protecţia maximală de curent temporizată Protecţia maximală de curent temporizată este de regulă o protecţie de rezervă împotriva scurtcircuitelor între faze. Selectivitatea protecţiilor se obţine prin introducerea treptelor de temporizare, pornind de la consumator spre sursă. Acest fapt conduce la temporizări mari ale protecţiei în apropierea de surse, unde defectele sunt însoţite de valori mari ale curenţilor de scurtcircuit. In figura 3 sunt reprezentate monofilar protecţiile maximale de curent dintr-o reţea radială şi eşalonarea temporizărilor protecţiilor de la consumator spre sursă.

Figura 3

Curentul de pornire a protecţiilor maximale de curent se alege funcţie de curentul maxim de sarcină al liniei protejate, fiind superior acestuia.

Valoarea treptei de temporizare Δt este determinată de timpul propriu de declanşare al întrerupătorului, eroarea releelor de timp şi un timp de rezervă pentru a avea garanţia că defectul a fost înlăturat (între contactele întrerupătorului s-a restabilit izolaţia mediului de stingere a arcului, respectiv uleiul).

Luând în considerare toţi aceşti timpi rezultă Δt ≈0,5 – 0,6 sec. 2.3. Protecţia liniilor din reţele cu curenţi mari de punere la pământ Datorită legării la pământ directe a neutrului transformatoarelor, o punere la pământ în reţea reprezintă un scurtcircuit monofazat, curentul de scurtcircuit fiind de mărime comparabilă cu cea a curentului de scurtcircuit trifazat. De aceea toate liniile se prevăd cu protecţii împotriva scurtcircuitelor monofazate, cu acţionare la declanşare, realizată pe baza componentei de secvenţă homopolară a curentului.

Protecţia liniilor electrice de înaltă tensiune AMte4-4 Protecţia maximală de curent temporizată împotriva scurtcircuitelor polifazate nu poate fi folosită ca protecţie împotriva scurtcircuitelor monofazate din următoarele cauze:

- sensibilitate redusă, întrucât curentul de pornire este ales în raport cu curentul maxim al liniei, având valoare mare;

- timpi de acţionare mari, întrucât temporizările sunt calculate în raport cu toate elementele, deci nu numai în raport cu cele legate galvanic de linia protejată, cum este necesar în cazul protecţiilor împotriva scurtcircuitelor monofazate.

Temporizarea protecţiilor împotriva scurtcircuitelor monofazate se coordonează numai în reţeaua legată electric cu linia protejată, fără a se ţine seama de temporizările protecţiilor instalate în reţelele cu alte tensiuni. Protecţia se realizează cu un releu de curent conectat prin intermediul filtrului de curent de secvenţă homopolară (FCSH) – figura 4.

Figura 4

3. Protecţia liniilor din reţelele buclate In cazul liniilor cu alimentare din ambele capete, selectivitatea protecţiilor nu poate fi asigurată numai prin intermediul temporizărilor în trepte sau prin desensibilizarea în raport cu curentul maxim de defect de la capătul opus zonei protejate, ca în cazul liniilor radiale. Pentru obţinerea selectivităţii protecţiilor la liniile cu o alimentare bilaterală trebuie să se completeze schemele de protecţie cu elementul direcţional, realizat prin relee direcţionale. Se obţin astfel protecţii maximale temporizate direcţionale, respectiv protecţii maximale homopolare direcţionale şi secţionări homopolare direcţionale.

9

AMte4-4 Protecţia liniilor electrice de înaltă tensiune

10

3.1. Protecţia maximală de curent direcţională împotriva scurtcircuitelor între faze Selectivitatea protecţiei maximale de curent a unei linii cu alimentare bilaterală se obţine prin folosirea temporizărilor în trepte împreună cu direcţionarea protecţiei.Pentru exemplificare se consideră reţeaua din figura 5. Funcţionarea selectivă impune ca la un defect pe o anumită linie, de exemplu în K1, să fie deconectată numai linia defectă prin acţionarea protecţiilor P3 şi P7, toţi consumatorii rămânând alimentaţi în continuare datorită avantajului oferit de alimentarea bilaterală. In scopul asigurării selectivităţii, protecţiile P4 – P3 – P2 – P1 (dinspre sistemul S1) trebuie temporizate în trepte crescătoare de la protecţia P10 a liniei radiale (care alimentează consumatorii) spre sursele S1, conform principiului menţionat la reţele radiale, rezultând timpii

. 1234 aaaa t,t,t,t

In mod analog, se eşalonează în trepte crescătoare temporizările protecţiilor P5 – P6 – P7 – P8, pornind de la P9 spre sursele de alimentare S2, rezultând timpi .

8765 aaaa t,t,t,t

Dacă protecţiile nu ar fi direcţionate, există defecte la care protecţiile pot acţiona neselectiv. Astfel, la un defect în K2, protecţia P5 poate acţiona neselectiv, deoarece are timpul de acţionare mai mic decât al protecţiei P2 ( )

25 aa tt < .

Figura 5

Pentru a elimina această posibilitate, protecţia P5 se direcţionează (prin introducerea în schema de protecţie a releelor direcţionale), astfel încât să poată acţiona numai la defecte pentru care sensul convenţional al curentului este de la bare spre linie iar în caz contrar să fie blocată. De asemenea, la un defect în K1, poate acţiona greşit protecţia P4 având temporizarea protecţiei mai mică decât a protecţiei P7 ( )

74 aa tt < .

Protecţia liniilor electrice de înaltă tensiune AMte4-4 Din cele expuse rezultă că, pentru asigurarea selectivităţii protecţiilor maximale ale liniilor cu alimentare bilaterală este necesară atât eşalonarea temporizărilor cât şi direcţionarea acţionării numai la defecte pentru care sensul convenţional al curentului este de la bare spre linie. In figura 6 este prezentată schema de principiu monofilară de realizare a unei protecţii maximale de curent direcţională.

Figura 6

3.2. Secţionări direcţionale La liniile cu alimentare bilaterală este necesară instalarea unei secţionări la fiecare capăt al liniei. In figura 7a se prezintă schema de principiu monofilară a protecţiei şi curbele de variaţie ale curenţilor de scurtcircuit în regim maxim debitaţi de sursele S1 şi S2, în funcţie de poziţia defectului pe linie (curba I – variaţia curentului de scurtcircuit dat de sursa S1 la un scurtcircuit în K1; curba II – variaţia curentului de scurtcircuit dat de sursa S2 la un scurtcircuit în K2).

Figura 7

11

AMte4-4 Protecţia liniilor electrice de înaltă tensiune

12

Curenţii de pornire a protecţiei se aleg ca în cazul liniilor radiale, considerând fiecare protecţie în mod separat (

1ppI , pentru protecţia P1, respectiv pentru protecţia P2ppI 2).

Se observă din figura 7b că valoarea curentului de scurtcircuit debitat de sursa S1 la defect în K1 este mai mare decât valoarea curentului de pornire a protecţiei P2 ( > ) ca urmare protecţia P

1Kmax.scI2ppI

2 acţionează neselectiv. Acelaşi lucru se poate întâmpla dacă sursa S2 este mai puternică, să acţioneze neselectiv protecţia P1 la defecte în K2. Pentru a preîntâmpina astfel de acţionări neselective se ia măsura de direcţionare a protecţiei respective, permiţând acţionarea la declanşarea întrerupătorului numai când sensul convenţional de circulaţie a curentului de defect este de la bare spre linie (fig.8).

Figura 8 3.3. Protecţia împotriva scurtcircuitelor monofazate Liniile cu alimentare bilaterală din reţelele cu curenţi mari de punere la pământ se prevăd cu o protecţie împotriva scurtcircuitelor monofazate. De regulă, acest lucru este asigurat de o protecţie de distanţă, caz în care se prevăd, ca rezervă, o secţionare homopolară şi o protecţie maximală homopolară. In cazul în care nu este prevăzută protecţia de distanţă, atunci secţionările homopolare direcţionale şi protecţiile maximale homopolare direcţionale sunt protecţii de bază ale liniilor. Aceste protecţii se realizează prin intermediul filtrelor de curent de secvenţă homopolară FCSH (vezi pct. 2.3). Direcţionarea protecţiilor se face cu un singur releu direcţional conectat la FCSH. Prin contactul acestui releu se asigură curentul operativ al releelor de curent ale protecţiilor homopolare (secţionarea homopolară şi maximala homopolară).

Protecţia liniilor electrice de înaltă tensiune AMte4-4 Schema de principiu este prezentată în figura 9.

Figura 9

In comparaţie cu protecţiile maximale direcţionale şi secţionările direcţionale împotriva scurtcircuitelor între faze, secţionările homopolare direcţionale şi maximale homopolare direcţionale au avantajul că nu prezintă zone moarte, întrucât la un scurtcircuit monofazat în imediata apropiere de locul unde este instalată protecţia tensiunea homopolară de la triunghiul deschis al transformatorului de tensiune are valoarea maximă (ex. defect pe faza

R, UR = 0 şi 30

Ts UUU

+= ).

Datorită simplităţii, rapidităţii, selectivităţii şi absenţei zonelor moarte, protecţiile homopolare direcţionale au o utilizare foarte largă ca protecţii de bază sau de rezervă în reţele cu curenţi mari de punere la pământ.

4. Protecţia reţelelor complexe In reţelele complexe, prevăzute cu noduri de alimentare din mai mult de două direcţii, selectivitatea nu se mai poate asigura numai pe baza direcţionării şi temporizării protecţiilor, aşa cum era posibil la liniile cu alimentare bilaterală. Pentru asigurarea selectivităţii şi menţinerea stabilităţii sistemului, protecţiile reţelelor complexe trebuie să acţioneze rapid. Protecţiile diferenţiale satisfac aceste cerinţe, dar în cazul liniilor lungi, compararea curenţilor de la capetele zonei protejate se poate realiza numai prin transmiterea unor semnale de înaltă frecvenţă de-a lungul liniei; se obţin astfel protecţii prin înalta frecvenţă. Folosirea acestora este însă limitată, datorită costului ridicat al releelor, al instalaţiilor de emisie-recepţie, precum şi de aparatajul aferent canalului de înaltă frecvenţă. De aceea, protecţiile prin înalta frecvenţă se utilizează de regulă la linii importante de tensiuni foarte înalte. Pentru celelalte linii din reţelele complexe sau buclate cu mai multe surse de alimentare, se utilizează în prezent pe scară foarte largă protecţile de distanţă realizate cu relee de impedanţă care compară valorile curenţilor şi ale tensiunilor de la acelaşi capăt al liniei.

13

AMte4-4 Protecţia liniilor electrice de înaltă tensiune

14

4.1. Relee de impedanţă Un releu de impedanţă acţionează în funcţie de valoarea raportului U/I, U şi I fiind tensiunea şi curentul din locul de instalare al releului. In regim normal releele de impedanţă măsoară o impedanţă relativ ridicată a circuitului protejat. In cazul unui scurtcircuit în zona protejată, are loc o creştere importantă a curentului I şi o scădere apreciabilă a tensiunii U, prin urmare are loc o scădere mare a raportului U/I, respectiv a impedanţei circuitului protejat. Acţionând la această scădere a impedanţei, releele de impedanţă sunt relee minimale. Notând cu Ur şi Ir tensiunea, respectiv curentul de alimentare a releului, impedanţa măsurată de releu este Zr = Ur/Ir . Dacă Zpr este impedanţa de pornire a releului, condiţia de acţionare se exprimă prin relaţia:

Zr ≤ Zpr

Altfel spus, releul acţionează în toate cazurile în care impedanţa măsurată de releu este mai mică decât valoarea reglată. Conectarea releelor de impedanţă se realizează prin intermediul transformatoarelor de curent şi tensiune. Tinând seama de rapoartele de transformare nTC respectiv nTT,

Rezultă: Ir = TC

L

nI şi Ur =

TT

L

nU

unde: UL este tensiunea între faze, în punctul de instalare a protecţiei. IL curentul liniei în acelaşi punct. Cu acestea, impedanţa măsurată de releu devine:

TT

TCL

TT

TC

L

L

TCL

TTLr n

nZ

nn

IU

n/In/UZ =⋅==

în care ZL este impedanţa pe fază a liniei între locul de instalare a protecţiei şi punctul de defect. Realizarea unui releu care să acţioneze în funcţie de raportul U/I poate fi ilustrat cu ajutorul releului electromagnetic (cu balanţa electromagnetică) de impedanţă din figura 10 instalat pe linia L, care efectuează comparaţia amplitudinilor curenţilor Ir şi IU .

Protecţia liniilor electrice de înaltă tensiune AMte4-4

Figura 10

Bobina de tensiune este alimentată cu tensiune din secundarul transformatorului de măsură de tensiune, IU fiind curentul care se stabileşte în circuitul bobinei. Bobina de curent este alimentată din secundarul transformatorului de curent cu curentul Ir. Neglijând acţiunea resortului antagonist şi frecările, poziţia echipajului mobil al releului este determinată numai de cuplurile C1 şi C2 corespunzătoare bobinelor de curent şi tensiune.

2

22

211

r

r

UKC

IKC

⋅=

⋅=

15

AMte4-4 Protecţia liniilor electrice de înaltă tensiune

16

unde K1 şi K2 sunt coeficienţi de proporţionalitate.

Releul va acţiona când C1 ≥ C2, respectiv, când este îndeplinită condiţia 21

21 rr UKIK ⋅≥⋅

sau altfel scris, când 2

1

KK

IU

r

r ≤

Dar rr

r ZIU

= este impedanţa măsurată de releu, iar prZKK

=2

1 impedanţa de pornire a

releului.

Condiţia de acţionare a releului devine Zr ≤ Zpr. Rezultă din aceasta, că releele de impedanţă sunt relee minimale, adică acţionează atunci când impedanţa măsurată de releul Zr scade sub valoarea de pornire stabilită Zpr. La un scurtcircuit pe linie, de exemplu în punctul K, tensiunile UL respectiv Ur scad sensibil, iar curenţii IL respectiv Ir cresc sensibil, valaorea impedanţei măsurată de releu

r

rr I

UZ = scade şi ca urmare se îndeplineşte condiţia Zr < Zpr şi protecţia acţionează.

Impedanţa măsurată de releu Zr, dintre locul de instalare a protecţiei şi punctul K, depinde de distanţa l dintre aceste două puncte. Dacă scurtcircuitul este metalic, atunci valoarea Zr este proporţională cu distanţa l. Considerând că defectul în punctul K este un scurtcircuit bifazat metalic între fazele S şi T, tensiunea UL la locul de instalare a protecţiei va avea expresia:

lSLLL IlZIZU ⋅⋅== 22

unde: Zl este impedanţa pe fază a liniei între locul de instalare a protecţiei şi punctul

K, deci 2ZL reprezintă impedanţa buclei de scurtcircuit prin care circulă curentul de defect IL;

ZS impedanţa specifică a liniei, pe unitatea de lungime. Expresia impedanţei măsurate de releu devine:

lZZTT

TCSr ⋅=ηη2

Se constată că impedanţa măsurată de releu este proporţională cu distanţa, de aici şi denumirea de protecţii de distanţă. In cazul în care scurtcircuitul este monofazat (de exemplu faza R – O), bucla de scurtcircuit este reprezentată de impedanţa fazei R şi impedanţa solului (calea de întoarcere) între locul de instalare a protecţiei şi locul de defect. In acest caz impedanţa măsurată de releu este

Zr = ZL + Zp , dar Zp = Kp + ZL ; unde Kp este factor de pământ, ţinând seama de aceasta impedanţa Zr devine:

Zr = ZL (1 + Kp )

Protecţia liniilor electrice de înaltă tensiune AMte4-4 De asemenea, relee de impedanţă cu aceeaşi condiţie de acţionare, pot fi realizate ca relee cu curenţi redresaţi, care efectuează compararea amplitudinilor unor mărimi proporţionale cu tensiunea şi curentul din circuitul protejat (figura 11).

Figura 11

4.1.1. Caracteristica de timp Aceasta reprezintă variaţia timpului de acţionare a protecţiei de distanţă în funcţie de impedanţa până la locul defectului. Caracteristicile de timp folosite sunt caracteristici în trepte crescătoare cu creşterea impedanţei Zr şi deci a distanţei l dintre defect şi protecţie. In prezent se folosesc caracteristici cu trei sau patru trepte (figura 12)

Figura 12

Prima treaptă nu are temporizare introdusă artificial, defectele fiind eliminate de timpul propriu al protecţiei şi al întrerupătoarelor (cca. 0,1 sec). Zona în care defectele sunt eliminate cu treapta I de timp este denumită zona I a protecţiei.

Timpii treptelor următoare se obţin prin adăugarea succesivă a treptei de selectivitate Δt, care este de 0,5 – 0,6 sec.

Realizarea caracteristicii de timp

Caracteristica de timp în trepte se obţine cu ajutorul unui mic motor de curent continuu cu turaţia constantă. Acest motor provoacă la intervale de timp reglabile, corespunzătoare diferitelor trepte ale caracteristicii, comutarea unor contacte. Prin aceste comutări se obţine diminuarea tensiunii Ur de alimentare a sistemului de măsură care, la unele relee se realizează cu ajutorul unor rezistenţe iar la altele cu ajutorul prizelor unor autotransformatoare de tensiune.

17

AMte4-4 Protecţia liniilor electrice de înaltă tensiune

18

Rezultă că la aceeaşi tensiune remanentă, la locul de instalare al protecţiei (determinată de distanţa până la locul defectului), tensiunea Ur este succesiv micşorată, ceea ce echivalează cu deplasarea defectului spre locul de instalare al protecţiei sau cu extinderea lungimii zonei protejate de releu. Pentru ilustrarea acestui fapt, în figura 13 este prezentată schema de principiu simplificată a modului în care se obţin treptele caracteristicii de timp prin reducerea succesivă a tensiunii de alimentare a bobinei de tensiune a releului. La apariţia unui defect, bobina de tensiune (BT) a elementului de măsură al impedanţei este alimentată cu tensiunea Ur proporţională cu tensiunea remanentă din punctul de instalare al protecţiei, rezistenţele R1 şi R2 fiind şuntate. Dacă defectul este în zona treptei I-a, impedanţa măsurată de releu este mai mică decât impedanţa de pornire Zpr şi protecţia acţionează rapid în vederea eliminării defectului.

Figura 13

In cazul în care defectul este mai departe (de ex. în zona a II-a), impedanţa măsurată este mai mare decât impedanţa de pornire (Zr > Zpr) şi protecţia nu acţionează cu treapta rapidă. Motorul de curent continuu (care serveşte la obţinerea treptelor de timp) porneşte în momentul acţionării elementului de pornire al protecţiei şi, prin intermediul braţului B, după temporizarea stabilită pentru treapta a II-a, închide contactul T2 provocând acţionarea releului de comutaţie C care printr-un contact îşi face autoreţinerea iar prin cel de al doilea contact normal închis deşuntează rezistenţa R1, introducând-o în serie cu bobina BT. Ca urmare, tensiunea de alimentare a bobinei de tensiune se reduce cu căderea de tensiune în rezistenţa R1. Rezistenţa R1 este astfel calculată încât, pentru orice defect în zona a II-a, să rezulte după deşuntare Zr < Zpr şi elementul de măsură să comande declanşarea. In mod analog, în zona a III-a, rezistenţa R2 este introdusă în circuit după timpul treptei a II-a prin deschiderea contactului releului de comutaţie C3 (C3 este excitat prin închiderea contactului T3 acţionat de motorul de curent continuu). Contactul T4 (treapta a IV-a) nu mai este legat de elementul de măsură întrucât acţionarea treptei a IV-a este determinată de elementul de pornire al protecţiei.

Protecţia liniilor electrice de înaltă tensiune AMte4-4 Rezistenţele R1 şi R2 sunt reglabile, modificarea lor determinând variaţia lungimii zonelor II şi III. La alte tipuri de relee (de tipul D 114, D 115, D 400 etc.) treptele de impedanţă se stabilesc prin alegerea prizelor V ale transformatorului din circuitul de tensiune (cu ajutorul unei formule de calcul specifice). Tensiunea aplicată releului se reduce succesiv la trecerea dintr-o treaptă în alta şi releul măsoară impedanţe din ce în ce mai mici. Releul acţionează când Zr < Zpr corespunzător treptei respective. 4.1.2. Asigurarea selectivităţii In reţelele cu mai multe puncte de alimetare, selectivitatea protecţiilor de distanţă se obţine prin direcţionarea protecţiilor, astfel încât acţionarea să fie permisă numai atunci când circulaţia curentului de defect este de la bare la linie. Temporizările se aleg separat pentru protecţiile care acţionează la sensuri diferite. In figura 14 este reprezentată schema de principiu a unei reţele cu două puncte de alimentare şi caracteristicile de timp ale protecţiilor de distanţă. Temporizările protecţiilor care acţionează în cazul când curentul de defect circulă de la staţia A se aleg începând cu protecţia 1, iar cele care acţionează când curentul de defect circulă de la staţia C, începând cu protecţia 4.

Figura 14

La un scurtcircuit în K1 acţionează protecţiile P1 – P2 – P4. Temporizarea a protecţiei 2 este mai mică decât temporizarea a protecţiei 4; din această cauză acţionează protecţiile P

)(t 21

)(t 42

1 – P2 Dacă protecţiile nu ar fi direcţionate, în cazul unui scurtcircuit în punctul K1 ar acţiona şi protecţia 3. Practic protecţiile 2 şi 3 măsoară aceeaşi impedanţă. Acţionarea protecţiei 3 ar duce la întreruperea completă a staţiei B şi ar fi o acţionare neselectivă; selectivitatea impune declanşarea întrerupătoarelor cele mai apropiate de defect.

19

AMte4-4 Protecţia liniilor electrice de înaltă tensiune

20

4.1.3. Stabilirea reglajelor Stabilirea impedanţelor de pornire corespunzătoare diferitelor zone, considerând reţeaua din figura 14, se face separat, pentru protecţiile dinspre sursa S1 şi pentru protecţiile dinspre sursa S2. Acest fapt este posibil datorită direcţionării protecţiilor, care permite acţionarea numai la circulaţia curentului de defect de la sursa S1 spre sursa S2 , respectiv de la sursa S2 spre sursa S1.

Reglajele protecţiei 1 instalată pe linia L1, capătul dinspre sursa S2

Impedanţa zonei I reprezintă 80% din lungimea liniei protejate (L1), dacă zona s-ar extinde la toată lungimea liniei L1, în cazul unui scurtcircuit la începutul liniei următoare, este posibilă acţionarea neselectivă a protecţiei.

Impedanţa zonei II – cuprinde întreaga linie L1 şi parţial linia L2; zona II a liniei L1 nu trebuie să intre în zona II a liniei L2, în caz contrar la scurtcircuit în porţiunea de linie L2 acoperită de ambele protecţii, protecţia P1 poate acţiona neselectiv.

Impedanţa zonei III - se stabileşte în mod analog, în funcţie de impedanţa zonei II a protecţiei 2.

Ultima treaptă (treapta IV) – protecţia acţionează datorită elementelor de pornire a protecţiei (elementele de demaraj). 4.1.4. Elemente de pornire Elementele de pornire pot fi realizate ca relee maximale de curent sau ca relee de impedanţă. Releele de curent au o sensibilitate mai redusă, întrucât ele deosebesc un defect de o suprasarcină numai după valoarea curentului şi de aceea curentul de pornire trebuie să fie superior curentului maxim de sarcină. La liniile lungi, unde valorile curenţilor de scurtcircuit nesimetric de la capătul liniei opus locului de instalare a protecţiei sunt comparabile cu curentul de sarcină maximă al liniei, soluţia cu elemente de pornire – relee maximale de curent – nu poate fi luată în considerare. Folosirea releelor de impedanţă ca elemente de pornire duce la obţinerea unei sensibilităţi

mărite, deoarece ele acţionează în funcţie de raportul r

rr I

UZ = , iar la suprasarcini

tensiunea scade mult mai puţin decât la scurtcircuite. Soluţia cu elemente de pornire – relee de curent – se foloseşte în reţelele în care curenţii de scurtcircuit sunt considerabil mai mari decât cei de sarcină.

Protecţia liniilor electrice de înaltă tensiune AMte4-4 4.1.5. Măsurarea corectă a impedanţei la defecte polifazate şi monofazate Protecţiile de distanţă sunt astfel realizate încât să acţioneze atât la defecte între faze cât şi la scurtcircuite monofazate. Pentru măsurarea corectă a impedanţei, elementului de măsură trebuie să i se aplice tensiunea buclei circuitului de defect. In consecinţă, la defecte între faze este necesară aplicarea tensiunii între fazele defecte, iar la scurtcircuite monofazate, tensiunea de fază a fazei defecte. Acest fapt se obţine prin comutarea circuitelor de tensiune în funcţie de natura defectului. La defecte cu punere la pământ apare componenta de secvenţă homopolară Io; comutarea este comandată de un releu de curent alimentat de FCSH, releu care face parte din componenta elementului de pornire. Acest releu comandă comutarea tensiunilor atât la elementele de pornire pe bază de impedanţă (de regulă sunt prevăzute câte unul pentru fiecare fază), cât şi la elementul de măsură a impedanţei (care poate fi unul pentru toate cele trei faze sau câte unul pe fiecare). In figura 15 este ilustrat modul în care se realizează comutarea circuitelor de tensiune pentru elementele de pornire – relee de impedanţă - de către releu Io alimentat de FCSH.

Figura 15

La scurtcircuite bifazate releul de curent nu acţionează (nu apare componenta homopolară) şi elementele de pornire sunt alimentate cu tensiunile de pe circuitele defecte. La un scurtcircuit monofazat releul de curent homopolar acţionează şi comandă comutarea circuitelor de tensiune pe fază la elementele de pornire. Modificarea alimentării circuitului de tensiune al elementului de măsură, în funcţie de tipul defectului (polifazat sau monofazat), nu este suficientă. De aceea, pentru măsurarea corectă a impedanţei este necesară şi modificarea căderilor de tensiune cu care este alimentat circuitul de curent al elementului de măsură.

21

AMte4-4 Protecţia liniilor electrice de înaltă tensiune

22

4.1.6. Blocaje de pendulaţii şi la defecte la transformatoarele de tensiune

Fenomenul de pendulaţii se caracterizează prin oscilaţii mari ale puterilor active şi reactive, respectiv ale tensiunilor şi curenţilor, oscilaţii variabile periodic în timp, cu perioade cuprinse între 0,2 – 2 sec. Ca urmare, în timpul pendulaţiilor variaţiile mari de curenţi şi tensiuni (variaţii care sunt de sensuri opuse) pot produce funcţionarea incorectă a protecţiilor de impedanţă. Pentru a evita această situaţie, protecţiile de impedanţă se prevăd cu dispozitive de blocaj; acestea se comportă diferit la pendulaţii – când blochează protecţia – şi la scurtcircuite pe elementul protejat – când permite acţionarea corectă a protecţiei. Blocarea acţionării protecţiilor de distanţă în caz de pendulaţii se realizează în mai multe variante:

- o variantă – criteriul de constatare al pendulaţiilor se bazează pe faptul că acestea se produc simetric pe toate fazele, respectiv demarajul simultan al releelor de pe fazele RST, fără curent homopolar (exemplu protecţia de distanţă RD 110 + Q3);

- altă variantă – se bazează pe faptul că în momentul producerii pendulaţiilor există o perioadă în care sensurile puterilor active şi reactive, care circulă pe linia protejată, devin contrare. Sesizarea sensurilor de circulaţie a puterilor se realizează cu ajutorul releelor direcţionale pentru puterea activă (SW) şi pentru putere reactivă (SJ). Această variantă se întâlneşte la releele D 114.

- şi altă variantă – se bazează pe următoarele considerente: - vectorul impedanţă aparentă are o viteză mare de variaţie în cazul

scurtcircuitelor şi una foarte lentă în cazul pendulaţiilor (comparativ cu scurtcircuitele);

- pendulaţiile sunt fenomene simetrice. Cazul releelor D 400. Blocaje împotriva acţionării greşite a protecţiilor de distanţă la defecte în circuitele de tensiune, situaţie în care unele din tensiunile aplicate releelor (sau toate tensiunile) pot deveni nule, deci şi Zr = Ur/Ir devine nulă, determinând acţionarea protecţiei. Aceste blocaje se realizează fie cu relee de blocaj la dispariţia tensiunii (RBDT), care controlează circuitele de tensiune şi întrerupere, curentul operativ la protecţia de distanţă când apar defecte în aceste circuite, fie prin protejarea circuitelor de tensiune ale protecţiei cu un întrerupător automat care, printr-un contact auxiliar, alimentează protecţia cu curent operativ. La defect în circuitele de tensiune, întrerupătorul declanşează şi se întrerupe curentul operativ al protecţiei, lucru care este semnalizat personalului operativ. O situaţie similară cu dispariţia tensiunii la deranjamente în circuitele secundare de tensiune poate avea loc şi la scurtcircuite apropiate de locul de instalare a protecţiei. In cazul în care controlul tensiunilor la releu se face cu RBDT, acesta nu trebuie să blocheze protecţia întrucât a apărut un defect pe linie care trebuie eliminat. Pentru aceasta RBDT are un releu homopolar, reglat la o valoare mică, care face distincţia între arderea siguranţelor (dispariţia tensiunii) şi scurtcircuite.

Protecţia liniilor electrice de înaltă tensiune AMte4-4 4.1.7. Elemente componente ale protecţiei de distanţă

In figura 16 este reprezentată schema bloc a releelor de distanţă tip monosistem, care utilizează un singur element de măsurare a impedanţei şi un singur element de direcţie.

Figura 16

Notaţiile din schema reprezintă: EP elemente de pornire (demaraj) care sesizează apariţia defectului şi pun

în funcţiune schema; pot fi relee de curent sau relee de impedanţă; BC1 , BC2 blocuri de comutare, aleg în funcţie de felul defectului, tensiunile şi

căderile de tensiune produse de curenţi în rezistenţele R, care se aplică elementului direcţional D şi celui de măsurare M, pentru a se determina corect direcţia şi distanţa ;

D elementul direcţional, sesizează sensul de circulaţie al curentului spre locul de defect;

M elementul de măsurare a impedanţei până la locul defectului şi în funcţie de mărimea acestuia, comandă declanşarea în treapta respectivă;

BE bloc de execuţie a comenzilor de declanşare; T elementul de timp, comandă deconectarea temporizat, în funcţie de

impedanţa determinată de elementul de măsură. In caz de defect, elementul de pornire EP pune în funcţiune elementul de timp T, blocul de comutare BC1 şi blocul de comutare BC2. La producerea unui defect pe linia protejată, releul de distanţă măsoară impedanţa de la locul de instalare până la locul de defect. Valoarea impedanţei măsurate este comparată succesiv cu impedanţele reglate, care reprezintă de fapt lungimea zonelor protejate eşalonate în mai multe trepte (vezi figura 14). Releul comandă declanşarea în treapta în care este îndeplinită condiţia de funcţionare a releului Zr ≤ Zpr

In cazul liniei alimentată din ambele capete, protecţiile de distanţă de la cele două capete ale liniei acţionează, declanşând întrerupătoarele la timpi care corespund treptelor măsurate de releele respective (ex. scurtcircuit în punctul K1, figura 14).

23

AMte4-4 Protecţia liniilor electrice de înaltă tensiune

24

5. Protecţia liniilor de tensiuni foarte înalte (400 kV şi mai mari) 5.1. Măsuri pentru creşterea siguranţei în funcţionare

Liniile de 400 kV reprezintă o importanţă deosebită pentru instalaţiile energetice întrucât prin acestea se realizează interconexiunea între marile centrale electrice şi legătura cu alte sisteme energetice. Din acest motiv, la realizarea protecţiei se adoptă măsuri suplimentare pentru creşterea siguranţei în funcţiune după cum urmează:

- două protecţii de distanţă de preferinţă de tipuri diferite; - elemente de pornire pentru scurtcircuite monofazate şi pentru scurtcircuite între

faze (F-O şi F-F); - elemente de măsură pe fază şi între faze (3F-O; 3F-F); - elemente direcţionale pe fază şi între faze (3F-O; 3F-F).

Existând pe fiecare fază elemente de măsură şi de pornire separate pentru scurtcircuite monofazate şi pentru scurtcircuite între faze, nu mai sunt necesare comutările din circuitele de pornire ceea ce reprezintă un avantaj al acestor protecţii. 5.2. Transmiterea unor comenzi prin semnale de înaltă frecvenţă între cele două

capete ale liniei protejate

Se folosesc două soluţii: - folosind calitatea de canal de înaltă frecvenţă conductoarele liniei de înaltă

tensiune; - prin canale radio.

Canalele de înaltă frevenţă sunt utilizate nu numai pentru realizarea protecţiilor prin înalta frecvenţă, ci şi pentru transmiterea unor comenzi de la un capăt la celălalt al liniei protejate. Astfel, dacă la cele două capete ale liniei sunt instalate protecţii de distanţă cu caracteristici în trepte, la un defect în orice punct al liniei protejate acţionează cu treapta I (rapidă) cel puţin una din protecţiile de la cele două capete, şi dacă aceasta transmite prin canalul de înaltă frecvenţă comanda de declanşare şi la capătul opus, defectele sunt lichidate rapid de la ambele capete pe toată lungimea liniei. Prin această transmitere a comenzii de declanşare la capătul opus se obţine de fapt prelungirea treptelor I de la cele două capete pe lungimea întregii linii, fără pericolul acţionărilor neselective. In cazul transmiterii semnalellor de înaltă frecvenţă prin conductoarele liniilor de tensiune foarte înaltă, poate rezulta o sensibilitate insuficientă la unele scurtcircuite monofazate prin arc cu rezistenţa însemnată, sau o circulaţie insuficient de sigură a semnalelor de înaltă frecvenţă prin punctul în care apare un defect. Acest dezavantaj este înlăturat prin folosirea canalelor radio.

Protecţia liniilor electrice de înaltă tensiune AMte4-4

6. Protecţii prevăzute pe liniile electrice de înaltă tensiune – reţele cu neutrul legat direct la pământ

Linii radiale 110 kV

- secţionarea de curent împotriva scurtcircuitelor polifazate; - protecţie maximală homopolară împotriva scurtcircuitelor monofazate; - protecţie maximală de curent temporizată.

RAR trifazat cu control lipsă tensiune.

Linii buclate: - protecţii de distanţă:

cu elemente de pornire pe fază; cu unu sau trei elemente de măsură; cu unu sau trei elemente de direcţie.

- protecţie homopolară de curent în două trepte direcţionată: RAR trifazat cu condiţii:

lipsă tensiune; control sincronism.

Linii 220 kV - protecţie de distanţă cu declanşare monofazată; - protecţie homopolară în două trepte direcţionată.

RAR monofazat - fără condiţii de funcţionare (linia este în funcţiune pe două faze).

Linii 400 kV - două protecţii de distanţă (de preferinţă de tipuri diferite) cu declanşare

monofazată; - protecţie homopolară în două trepte direcţionată.

RAR - monofazat - fără condiţii de funcţionare. - trifazat cu condiţii: lipsă tensiune, control sincronism.

La liniile de 220 kV şi mai mult, declanşările prin protecţie sunt monofazate (liniile sunt prevăzute cu întrerupători cu acţionare monofazată). Pentru a evita regimurile nesimetrice de funcţionare (funcţionarea în două faze, a treia fază fiind declanşată), după pauza RAR – M, acţionează protecţia de necorespondenţă şi declanşează întrerupătorul trifazat.

25