amte4-4 - protectia liniilor electrice de inalta tensiune

Societatea Comercial de Formare a Energeticienilor din Romnia

"FORMENERG" - S.A. Bd. Gheorghe Sincai nr. 3; RO-75164; sector 4; Bucureti

Cod unic de nregistrare 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

Grafic: tehn. Stefan Zaharoiu Revizia nr. 0 1 2 3 4 5 6 7 Avizat CTA nr. 1/2002 Reproducerea integral sau parial a textului din aceast brour este posibil numai cu acordul prealabil scris al S.C. FORMENERG S.A.

Cuprins

1. Consideraii generale

2. Proteciile liniilor radiale 2.1. Secionarea de curent mpotriva scurtcircuitelor ntre faze i a

dublei puneri la pmnt 2.1.1. Secionarea netemporizat 2.1.2. Secionarea temporizat

2.2. Protecia maximal de curent temporizat 2.3. Protecia liniilor din reele cu cureni mari de punere la pmnt

3. Protecia liniilor din reelele buclate

3.1. Protecia maximal de curent direcional mpotriva scurtcircuitelor ntre faze

3.2. Secionri direcionale 3.3. Protecia mpotriva scurtciruitelor monofazate

4. Protecia reelelor complexe

4.1. Relee de impedan 4.1.1. Caracteristica de timp 4.1.2. Asigurarea selectivitii 4.1.3. Stabilirea reglajelor 4.1.4. Elemente de pornire 4.1.5. Msurarea corect a impedanei la defecte polifazate

i monofazate 4.1.6. Blocaje la pendulaii i la defecte la transformatoarele de tensiune 4.1.7. Elemente componente ale proteciei de distan

5. Protecia liniilor de tensiuni foarte nalte (400 kV i mai

mari) 5.1. Msuri pentru creterea siguranei de funcionare 5.2. Transmiterea unor comenzi prin semnale de nalt frecven

ntre cele dou capete ale liniei protejate

6. Protecii prevzute pe liniile electrice de nalt tensiune reele cu neutrul legat direct la pmnt

Protecia liniilor electrice de nalt tensiune AMte4-4

1. Consideraii generale Principala funcie a proteciilor liniilor electrice este s reduc la minimum influena defectelor asupra funcionrii sistemului electric, ceea ce impune n majoritatea cazurilor o funcionare rapid. Problema deteriorrii propriu-zise a liniei nu se pune la fel de acut cum se pune la echipamentul principal din centrale i staii, ntruct defectele pe linii nu provoac deteriorri grave. Tipul i schema de protecie care se adopt pentru liniile electrice depind de mai muli factori, dintre care cei mai importani sunt:

- configuraia reelei (radial, buclat, complex, cu staii n derivaie, cu linii paralele etc.);

- importanta liniei n cadrul sistemului electric sau al interconexiunii; - modul de tratare a neutrului; - tensiunea reelei; - construcia (aerian sau n cablu); - existena sau absena dispozitivelor RAR; - raportul ntre curenii minimi de defect i curenii maximi de sarcin (la linii lungi i

puternic ncrcate). Deoarece configuraia reelei are ponderea cea mai mare n alegerea tipului i a schemei adoptate, proteciile liniilor electrice vor fi expuse n ordinea urmtoare:

- protecia liniilor radiale; - protecia liniilor din reelele buclate; - protecia liniilor din reelele complexe.

2. Proteciile liniilor radiale Reelele radiale au cea mai simpl configuraie posibil i datorit acestui fapt selectivitatea se poate obine uor dup cum urmeaz:

- pentru proteciile temporizate prin ealonarea temporizrilor crescnd de la consumator spre surs;

- pentru proteciile rapide prin desensibilizare n raport cu defectele pe elementul urmtor, spre consumatori.

Liniile radiale se prevd cu protecii: - mpotriva scurtcircuitelor polifazate; - mpotriva dublelor puneri la pmnt i punerilor la pmnt monofazate (n reelele cu

cureni mici de punere la pmnt); - mpotriva scurtcircuitelor monofazate (n reelele cu cureni mari de punere la pmnt).

5

AMte4-4 Protecia liniilor electrice de nalt tensiune

6

Liniile se prevd cu protecii de baz, cu acionare rapid i cu protecii de rezerv, temporizate. Impotriva scurtcircuitelor ntre faze i a dublelor puneri la pmnt se folosesc ca protecii rapide secionrile de curent, iar ca protecii temporizate protecia maximal de curent temporizat i secionarea temporizat. Impotriva scurtcircuitelor monofazate se folosesc secionri homopolare i protecii maximale homopolare temporizate. In cazuri n care linia prezint o importan mare, se folosesc proteciile de distan. La liniile radiale proteciile se instaleaz numai la captul dinspre alimentare. 2.1. Secionarea de curent mpotriva scurtcircuitelor ntre faze i a dublei puneri la

pmnt 2.1.1. Secionarea netemporizat Aceasta este o protecie maximal de curent cu acionare rapid, la care selectivitatea se asigur 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 determinat de impedana dintre sursa de alimentare i locul defectului i se micoreaz la creterea distanei dintre acestea (curba din figura 1).

Figura 1

Protecia acioneaz n zona n care curentul de scurtcircuit este mai mare dect curentul de pornire a proteciei; aceasta se numete zona protejat.

Protecia liniilor electrice de nalt tensiune AMte4-4 Defectele din afara zonei protejate (zona moart) sunt lichidate de protecia maximal de curent temporizat. Fiind selectiv prin alegerea curentului de pornire a proteciei, protecia nu necesit temporizare. 2.1.2. Secionarea temporizat Aceast protecia se folosete mpreun cu secionarea netemporizat pentru reducerea timpului de lichidare a defectelor din zona moart a secionrii netemporizate, ntruct temporizarea proteciei maximale de curent, care asigur protecia acestei zone, poate ajunge la valori mari pe liniile apropiate de surse. Selectivitatea proteciei se asigur prin alegerea unui curent de pornire a proteciei mai mare dect curentul de scurtcircuit maxim pentru un defect aprut la captul opus al elementului urmtor liniei protejate (spre consumator) punctul K2 figura 2

Figura 2

Protecia acioneaz la defecte n poriunea n care curentul de scurtcircuit este superior curentului de pornire al proteciei. Aa cum se vede din figura 2, protecia acioneaz parial i la defecte n transformator, defecte care trebuie lichidate de protecia rapid a transformatorului. Pentru a evita declanarea neselectiv a liniei la astfel de defecte, protecia se temporizeaz cu o treapt de timp mai mare dect timpul de acionare a proteciei rapide a transformatorului ( )

3at .

7


8

2.2. Protecia maximal de curent temporizat Protecia maximal de curent temporizat este de regul o protecie de rezerv mpotriva scurtcircuitelor ntre faze. Selectivitatea proteciilor se obine prin introducerea treptelor de temporizare, pornind de la consumator spre surs. Acest fapt conduce la temporizri mari ale proteciei n apropierea de surse, unde defectele sunt nsoite de valori mari ale curenilor de scurtcircuit. In figura 3 sunt reprezentate monofilar proteciile maximale de curent dintr-o reea radial i ealonarea temporizrilor proteciilor de la consumator spre surs.

Figura 3

Curentul de pornire a proteciilor maximale de curent se alege funcie de curentul maxim de sarcin al liniei protejate, fiind superior acestuia.

Valoarea treptei de temporizare t este determinat de timpul propriu de declanare al ntreruptorului, eroarea releelor de timp i un timp de rezerv pentru a avea garania c defectul a fost nlturat (ntre contactele ntreruptorului s-a restabilit izolaia mediului de stingere a arcului, respectiv uleiul).

Lund n considerare toi aceti timpi rezult t 0,5 0,6 sec. 2.3. Protecia liniilor din reele cu cureni mari de punere la pmnt Datorit legrii la pmnt directe a neutrului transformatoarelor, o punere la pmnt n reea reprezint un scurtcircuit monofazat, curentul de scurtcircuit fiind de mrime comparabil cu cea a curentului de scurtcircuit trifazat. De aceea toate liniile se prevd cu protecii mpotriva scurtcircuitelor monofazate, cu acionare la declanare, realizat pe baza componentei de secven homopolar a curentului.

Protecia liniilor electrice de nalt tensiune AMte4-4 Protecia maximal de curent temporizat mpotriva scurtcircuitelor polifazate nu poate fi folosit ca protecie mpotriva scurtcircuitelor monofazate din urmtoarele cauze:

- sensibilitate redus, ntruct curentul de pornire este ales n raport cu curentul maxim al liniei, avnd valoare mare;

- timpi de acionare mari, ntruct temporizrile sunt calculate n raport cu toate elementele, deci nu numai n raport cu cele legate galvanic de linia protejat, cum este necesar n cazul proteciilor mpotriva scurtcircuitelor monofazate.

Temporizarea proteciilor mpotriva scurtcircuitelor monofazate se coordoneaz numai n reeaua legat electric cu linia protejat, fr a se ine seama de temporizrile proteciilor instalate n reelele cu alte tensiuni. Protecia se realizeaz cu un releu de curent conectat prin intermediul filtrului de curent de secven homopolar (FCSH) figura 4.

Figura 4

3. Protecia liniilor din reelele buclate In cazul liniilor cu alimentare din ambele capete, selectivitatea proteciilor nu poate fi asigurat numai prin intermediul temporizrilor n trepte sau prin desensibilizarea n raport cu curentul maxim de defect de la captul opus zonei protejate, ca n cazul liniilor radiale. Pentru obinerea selectivitii proteciilor la liniile cu o alimentare bilateral trebuie s se completeze schemele de protecie cu elementul direcional, realizat prin relee direcionale. Se obin astfel protecii maximale temporizate direcionale, respectiv protecii maximale homopolare direcionale i secionri homopolare direcionale.

9


10

3.1. Protecia maximal de curent direcional mpotriva scurtcircuitelor ntre faze Selectivitatea proteciei maximale de curent a unei linii cu alimentare bilateral se obine prin folosirea temporizrilor n trepte mpreun cu direcionarea proteciei.Pentru exemplificare se consider reeaua din figura 5. Funcionarea selectiv impune ca la un defect pe o anumit linie, de exemplu n K1, s fie deconectat numai linia defect prin acionarea proteciilor P3 i P7, toi consumatorii rmnnd alimentai n continuare datorit avantajului oferit de alimentarea bilateral. In scopul asigurrii selectivitii, proteciile P4 P3 P2 P1 (dinspre sistemul S1) trebuie temporizate n trepte cresctoare de la protecia P10 a liniei radiale (care alimenteaz consumatorii) spre sursele S1, conform principiului menionat la reele radiale, rezultnd timpii

. 1234 aaaa

t,t,t,t

In mod analog, se ealoneaz n trepte cresctoare temporizrile proteciilor P5 P6 P7 P8, pornind de la P9 spre sursele de alimentare S2, rezultnd timpi .

8765 aaaat,t,t,t

Dac proteciile nu ar fi direcionate, exist defecte la care proteciile pot aciona neselectiv. Astfel, la un defect n K2, protecia P5 poate aciona neselectiv, deoarece are timpul de acionare mai mic dect al proteciei P2 ( )25 aa tt < .

Figura 5

Pentru a elimina aceast posibilitate, protecia P5 se direcioneaz (prin introducerea n schema de protecie a releelor direcionale), astfel nct s poat aciona numai la defecte pentru care sensul convenional al curentului este de la bare spre linie iar n caz contrar s fie blocat. De asemenea, la un defect n K1, poate aciona greit protecia P4 avnd temporizarea proteciei mai mic dect a proteciei P7 ( )74 aa tt < .

Protecia liniilor electrice de nalt tensiune AMte4-4 Din cele expuse rezult c, pentru asigurarea selectivitii proteciilor maximale ale liniilor cu alimentare bilateral este necesar att ealonarea temporizrilor ct i direcionarea acionrii numai la defecte pentru care sensul convenional al curentului este de la bare spre linie. In figura 6 este prezentat schema de principiu monofilar de realizare a unei protecii maximale de curent direcional.

Figura 6

3.2. Secionri direcionale La liniile cu alimentare bilateral este necesar instalarea unei secionri la fiecare capt al liniei. In figura 7a se prezint schema de principiu monofilar a proteciei i curbele de variaie ale curenilor de scurtcircuit n regim maxim debitai de sursele S1 i S2, n funcie de poziia defectului pe linie (curba I variaia curentului de scurtcircuit dat de sursa S1 la un scurtcircuit n K1; curba II variaia curentului de scurtcircuit dat de sursa S2 la un scurtcircuit n K2).

Figura 7

11


12

Curenii de pornire a proteciei se aleg ca n cazul liniilor radiale, considernd fiecare protecie n mod separat (

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

Se observ din figura 7b c valoarea curentului de scurtcircuit debitat de sursa S1 la defect n K1 este mai mare dect valoarea curentului de pornire a proteciei P2 ( > ) ca urmare protecia P

1Kmax.scI

2ppI

2 acioneaz neselectiv. Acelai lucru se poate ntmpla dac sursa S2 este mai puternic, s acioneze neselectiv protecia P1 la defecte n K2. Pentru a prentmpina astfel de acionri neselective se ia msura de direcionare a proteciei respective, permind acionarea la declanarea ntreruptorului numai cnd sensul convenional de circulaie a curentului de defect este de la bare spre linie (fig.8).

Figura 8 3.3. Protecia mpotriva scurtcircuitelor monofazate Liniile cu alimentare bilateral din reelele cu cureni mari de punere la pmnt se prevd cu o protecie mpotriva scurtcircuitelor monofazate. De regul, acest lucru este asigurat de o protecie de distan, caz n care se prevd, ca rezerv, o secionare homopolar i o protecie maximal homopolar. In cazul n care nu este prevzut protecia de distan, atunci secionrile homopolare direcionale i proteciile maximale homopolare direcionale sunt protecii de baz ale liniilor. Aceste protecii se realizeaz prin intermediul filtrelor de curent de secven homopolar FCSH (vezi pct. 2.3). Direcionarea proteciilor se face cu un singur releu direcional conectat la FCSH. Prin contactul acestui releu se asigur curentul operativ al releelor de curent ale proteciilor homopolare (secionarea homopolar i maximala homopolar).

Protecia liniilor electrice de nalt tensiune AMte4-4 Schema de principiu este prezentat n figura 9.

Figura 9

In comparaie cu proteciile maximale direcionale i secionrile direcionale mpotriva scurtcircuitelor ntre faze, secionrile homopolare direcionale i maximale homopolare direcionale au avantajul c nu prezint zone moarte, ntruct la un scurtcircuit monofazat n imediata apropiere de locul unde este instalat protecia tensiunea homopolar de la triunghiul deschis al transformatorului de tensiune are valoarea maxim (ex. defect pe faza

R, UR = 0 i 30Ts UUU

+= ). Datorit simplitii, rapiditii, selectivitii i absenei zonelor moarte, proteciile homopolare direcionale au o utilizare foarte larg ca protecii de baz sau de rezerv n reele cu cureni mari de punere la pmnt.

4. Protecia reelelor complexe In reelele complexe, prevzute cu noduri de alimentare din mai mult de dou direcii, selectivitatea nu se mai poate asigura numai pe baza direcionrii i temporizrii proteciilor, aa cum era posibil la liniile cu alimentare bilateral. Pentru asigurarea selectivitii i meninerea stabilitii sistemului, proteciile reelelor complexe trebuie s acioneze rapid. Proteciile difereniale satisfac aceste cerine, dar n cazul liniilor lungi, compararea curenilor de la capetele zonei protejate se poate realiza numai prin transmiterea unor semnale de nalt frecven de-a lungul liniei; se obin astfel protecii prin nalta frecven. Folosirea acestora este ns limitat, datorit costului ridicat al releelor, al instalaiilor de emisie-recepie, precum i de aparatajul aferent canalului de nalt frecven. De aceea, proteciile prin nalta frecven se utilizeaz de regul la linii importante de tensiuni foarte nalte. Pentru celelalte linii din reelele complexe sau buclate cu mai multe surse de alimentare, se utilizeaz n prezent pe scar foarte larg protecile de distan realizate cu relee de impedan care compar valorile curenilor i ale tensiunilor de la acelai capt al liniei.

13


14

4.1. Relee de impedan Un releu de impedan acioneaz n funcie de valoarea raportului U/I, U i I fiind tensiunea i curentul din locul de instalare al releului. In regim normal releele de impedan msoar o impedan relativ ridicat a circuitului protejat. In cazul unui scurtcircuit n zona protejat, are loc o cretere important a curentului I i o scdere apreciabil a tensiunii U, prin urmare are loc o scdere mare a raportului U/I, respectiv a impedanei circuitului protejat. Acionnd la aceast scdere a impedanei, releele de impedan sunt relee minimale. Notnd cu Ur i Ir tensiunea, respectiv curentul de alimentare a releului, impedana msurat de releu este Zr = Ur/Ir . Dac Zpr este impedana de pornire a releului, condiia de acionare se exprim prin relaia:

Zr ZprAltfel spus, releul acioneaz n toate cazurile n care impedana msurat de releu este mai mic dect valoarea reglat. Conectarea releelor de impedan se realizeaz prin intermediul transformatoarelor de curent i tensiune. Tinnd seama de rapoartele de transformare nTC respectiv nTT,

Rezult: Ir = TC

L

nI i Ur =

TT

L

nU

unde: UL este tensiunea ntre faze, n punctul de instalare a proteciei. IL curentul liniei n acelai punct. Cu acestea, impedana msurat de releu devine:

TT

TCL

TT

TC

L

L

TCL

TTLr n

nZ

nn

IU

n/In/UZ ===

n care ZL este impedana pe faz a liniei ntre locul de instalare a proteciei i punctul de defect. Realizarea unui releu care s acioneze n funcie de raportul U/I poate fi ilustrat cu ajutorul releului electromagnetic (cu balana electromagnetic) de impedan din figura 10 instalat pe linia L, care efectueaz comparaia amplitudinilor curenilor Ir i IU .


Figura 10

Bobina de tensiune este alimentat cu tensiune din secundarul transformatorului de msur de tensiune, IU fiind curentul care se stabilete n circuitul bobinei. Bobina de curent este alimentat din secundarul transformatorului de curent cu curentul Ir. Neglijnd aciunea resortului antagonist i frecrile, poziia echipajului mobil al releului este determinat numai de cuplurile C1 i C2 corespunztoare bobinelor de curent i tensiune.

2

22

211

r

r

UKC

IKC

==

15


16

unde K1 i K2 sunt coeficieni de proporionalitate.

Releul va aciona cnd C1 C2, respectiv, cnd este ndeplinit condiia 2121 rr UKIK

sau altfel scris, cnd 2

1

KK

IU

r

r

Dar rr

r ZIU = este impedana msurat de releu, iar prZK

K =2

1 impedana de pornire a

releului.

Condiia de acionare a releului devine Zr Zpr. Rezult din aceasta, c releele de impedan sunt relee minimale, adic acioneaz atunci cnd impedana msurat de releul Zr scade sub valoarea de pornire stabilit Zpr. La un scurtcircuit pe linie, de exemplu n punctul K, tensiunile UL respectiv Ur scad sensibil, iar curenii IL respectiv Ir cresc sensibil, valaorea impedanei msurat de releu

r

rr I

UZ = scade i ca urmare se ndeplinete condiia Zr < Zpr i protecia acioneaz.

Impedana msurat de releu Zr, dintre locul de instalare a proteciei i punctul K, depinde de distana l dintre aceste dou puncte. Dac scurtcircuitul este metalic, atunci valoarea Zr este proporional cu distana l. Considernd c defectul n punctul K este un scurtcircuit bifazat metalic ntre fazele S i T, tensiunea UL la locul de instalare a proteciei va avea expresia:

lSLLL IlZIZU == 22 unde:

Zl este impedana pe faz a liniei ntre locul de instalare a proteciei i punctul K, deci 2ZL reprezint impedana buclei de scurtcircuit prin care circul curentul de defect IL;

ZS impedana specific a liniei, pe unitatea de lungime. Expresia impedanei msurate de releu devine:

lZZTT

TCSr = 2

Se constat c impedana msurat de releu este proporional cu distana, de aici i denumirea de protecii de distan. In cazul n care scurtcircuitul este monofazat (de exemplu faza R O), bucla de scurtcircuit este reprezentat de impedana fazei R i impedana solului (calea de ntoarcere) ntre locul de instalare a proteciei i locul de defect. In acest caz impedana msurat de releu este

Zr = ZL + Zp , dar Zp = Kp + ZL ; unde Kp este factor de pmnt, innd seama de aceasta impedana Zr devine:

Zr = ZL (1 + Kp )

Protecia liniilor electrice de nalt tensiune AMte4-4 De asemenea, relee de impedan cu aceeai condiie de acionare, pot fi realizate ca relee cu cureni redresai, care efectueaz compararea amplitudinilor unor mrimi proporionale cu tensiunea i curentul din circuitul protejat (figura 11).

Figura 11

4.1.1. Caracteristica de timp Aceasta reprezint variaia timpului de acionare a proteciei de distan n funcie de impedana pn la locul defectului. Caracteristicile de timp folosite sunt caracteristici n trepte cresctoare cu creterea impedanei Zr i deci a distanei l dintre defect i protecie. In prezent se folosesc caracteristici cu trei sau patru trepte (figura 12)

Figura 12

Prima treapt nu are temporizare introdus artificial, defectele fiind eliminate de timpul propriu al proteciei i al ntreruptoarelor (cca. 0,1 sec). Zona n care defectele sunt eliminate cu treapta I de timp este denumit zona I a proteciei.

Timpii treptelor urmtoare se obin prin adugarea succesiv a treptei de selectivitate t, care este de 0,5 0,6 sec.

Realizarea caracteristicii de timp

Caracteristica de timp n trepte se obine cu ajutorul unui mic motor de curent continuu cu turaia constant. Acest motor provoac la intervale de timp reglabile, corespunztoare diferitelor trepte ale caracteristicii, comutarea unor contacte. Prin aceste comutri se obine diminuarea tensiunii Ur de alimentare a sistemului de msur care, la unele relee se realizeaz cu ajutorul unor rezistene iar la altele cu ajutorul prizelor unor autotransformatoare de tensiune.

17


18

Rezult c la aceeai tensiune remanent, la locul de instalare al proteciei (determinat de distana pn la locul defectului), tensiunea Ur este succesiv micorat, ceea ce echivaleaz cu deplasarea defectului spre locul de instalare al proteciei sau cu extinderea lungimii zonei protejate de releu. Pentru ilustrarea acestui fapt, n figura 13 este prezentat schema de principiu simplificat a modului n care se obin treptele caracteristicii de timp prin reducerea succesiv a tensiunii de alimentare a bobinei de tensiune a releului. La apariia unui defect, bobina de tensiune (BT) a elementului de msur al impedanei este alimentat cu tensiunea Ur proporional cu tensiunea remanent din punctul de instalare al proteciei, rezistenele R1 i R2 fiind untate. Dac defectul este n zona treptei I-a, impedana msurat de releu este mai mic dect impedana de pornire Zpr i protecia acioneaz rapid n vederea eliminrii defectului.

Figura 13

In cazul n care defectul este mai departe (de ex. n zona a II-a), impedana msurat este mai mare dect impedana de pornire (Zr > Zpr) i protecia nu acioneaz cu treapta rapid. Motorul de curent continuu (care servete la obinerea treptelor de timp) pornete n momentul acionrii elementului de pornire al proteciei i, prin intermediul braului B, dup temporizarea stabilit pentru treapta a II-a, nchide contactul T2 provocnd acionarea releului de comutaie C care printr-un contact i face autoreinerea iar prin cel de al doilea contact normal nchis deunteaz rezistena R1, introducnd-o n serie cu bobina BT. Ca urmare, tensiunea de alimentare a bobinei de tensiune se reduce cu cderea de tensiune n rezistena R1. Rezistena R1 este astfel calculat nct, pentru orice defect n zona a II-a, s rezulte dup deuntare Zr < Zpr i elementul de msur s comande declanarea. In mod analog, n zona a III-a, rezistena R2 este introdus n circuit dup timpul treptei a II-a prin deschiderea contactului releului de comutaie C3 (C3 este excitat prin nchiderea contactului T3 acionat de motorul de curent continuu). Contactul T4 (treapta a IV-a) nu mai este legat de elementul de msur ntruct acionarea treptei a IV-a este determinat de elementul de pornire al proteciei.

Protecia liniilor electrice de nalt tensiune AMte4-4 Rezistenele R1 i R2 sunt reglabile, modificarea lor determinnd variaia lungimii zonelor II i III. La alte tipuri de relee (de tipul D 114, D 115, D 400 etc.) treptele de impedan se stabilesc prin alegerea prizelor V ale transformatorului din circuitul de tensiune (cu ajutorul unei formule de calcul specifice). Tensiunea aplicat releului se reduce succesiv la trecerea dintr-o treapt n alta i releul msoar impedane din ce n ce mai mici. Releul acioneaz cnd Zr < Zpr corespunztor treptei respective. 4.1.2. Asigurarea selectivitii In reelele cu mai multe puncte de alimetare, selectivitatea proteciilor de distan se obine prin direcionarea proteciilor, astfel nct acionarea s fie permis numai atunci cnd circulaia curentului de defect este de la bare la linie. Temporizrile se aleg separat pentru proteciile care acioneaz la sensuri diferite. In figura 14 este reprezentat schema de principiu a unei reele cu dou puncte de alimentare i caracteristicile de timp ale proteciilor de distan. Temporizrile proteciilor care acioneaz n cazul cnd curentul de defect circul de la staia A se aleg ncepnd cu protecia 1, iar cele care acioneaz cnd curentul de defect circul de la staia C, ncepnd cu protecia 4.

Figura 14

La un scurtcircuit n K1 acioneaz proteciile P1 P2 P4. Temporizarea a proteciei 2 este mai mic dect temporizarea a proteciei 4; din aceast cauz acioneaz proteciile P

)(t 21)(t 42

1 P2 Dac proteciile nu ar fi direcionate, n cazul unui scurtcircuit n punctul K1 ar aciona i protecia 3. Practic proteciile 2 i 3 msoar aceeai impedan. Acionarea proteciei 3 ar duce la ntreruperea complet a staiei B i ar fi o acionare neselectiv; selectivitatea impune declanarea ntreruptoarelor cele mai apropiate de defect.

19


20

4.1.3. Stabilirea reglajelor Stabilirea impedanelor de pornire corespunztoare diferitelor zone, considernd reeaua din figura 14, se face separat, pentru proteciile dinspre sursa S1 i pentru proteciile dinspre sursa S2. Acest fapt este posibil datorit direcionrii proteciilor, care permite acionarea numai la circulaia curentului de defect de la sursa S1 spre sursa S2 , respectiv de la sursa S2 spre sursa S1.

Reglajele proteciei 1 instalat pe linia L1, captul dinspre sursa S2

Impedana zonei I reprezint 80% din lungimea liniei protejate (L1), dac zona s-ar extinde la toat lungimea liniei L1, n cazul unui scurtcircuit la nceputul liniei urmtoare, este posibil acionarea neselectiv a proteciei.

Impedana zonei II cuprinde ntreaga linie L1 i parial linia L2; zona II a liniei L1 nu trebuie s intre n zona II a liniei L2, n caz contrar la scurtcircuit n poriunea de linie L2 acoperit de ambele protecii, protecia P1 poate aciona neselectiv.

Impedana zonei III - se stabilete n mod analog, n funcie de impedana zonei II a proteciei 2.

Ultima treapt (treapta IV) protecia acioneaz datorit elementelor de pornire a proteciei (elementele de demaraj). 4.1.4. Elemente de pornire Elementele de pornire pot fi realizate ca relee maximale de curent sau ca relee de impedan. Releele de curent au o sensibilitate mai redus, ntruct ele deosebesc un defect de o suprasarcin numai dup valoarea curentului i de aceea curentul de pornire trebuie s fie superior curentului maxim de sarcin. La liniile lungi, unde valorile curenilor de scurtcircuit nesimetric de la captul liniei opus locului de instalare a proteciei sunt comparabile cu curentul de sarcin maxim al liniei, soluia cu elemente de pornire relee maximale de curent nu poate fi luat n considerare. Folosirea releelor de impedan ca elemente de pornire duce la obinerea unei sensibiliti

mrite, deoarece ele acioneaz n funcie de raportul r

rr I

UZ = , iar la suprasarcini tensiunea scade mult mai puin dect la scurtcircuite. Soluia cu elemente de pornire relee de curent se folosete n reelele n care curenii de scurtcircuit sunt considerabil mai mari dect cei de sarcin.

Protecia liniilor electrice de nalt tensiune AMte4-4 4.1.5. Msurarea corect a impedanei la defecte polifazate i monofazate Proteciile de distan sunt astfel realizate nct s acioneze att la defecte ntre faze ct i la scurtcircuite monofazate. Pentru msurarea corect a impedanei, elementului de msur trebuie s i se aplice tensiunea buclei circuitului de defect. In consecin, la defecte ntre faze este necesar aplicarea tensiunii ntre fazele defecte, iar la scurtcircuite monofazate, tensiunea de faz a fazei defecte. Acest fapt se obine prin comutarea circuitelor de tensiune n funcie de natura defectului. La defecte cu punere la pmnt apare componenta de secven homopolar Io; comutarea este comandat de un releu de curent alimentat de FCSH, releu care face parte din componenta elementului de pornire. Acest releu comand comutarea tensiunilor att la elementele de pornire pe baz de impedan (de regul sunt prevzute cte unul pentru fiecare faz), ct i la elementul de msur a impedanei (care poate fi unul pentru toate cele trei faze sau cte unul pe fiecare). In figura 15 este ilustrat modul n care se realizeaz comutarea circuitelor de tensiune pentru elementele de pornire relee de impedan - de ctre releu Io alimentat de FCSH.

Figura 15

La scurtcircuite bifazate releul de curent nu acioneaz (nu apare componenta homopolar) i elementele de pornire sunt alimentate cu tensiunile de pe circuitele defecte. La un scurtcircuit monofazat releul de curent homopolar acioneaz i comand comutarea circuitelor de tensiune pe faz la elementele de pornire. Modificarea alimentrii circuitului de tensiune al elementului de msur, n funcie de tipul defectului (polifazat sau monofazat), nu este suficient. De aceea, pentru msurarea corect a impedanei este necesar i modificarea cderilor de tensiune cu care este alimentat circuitul de curent al elementului de msur.

21


22

4.1.6. Blocaje de pendulaii i la defecte la transformatoarele de tensiune

Fenomenul de pendulaii se caracterizeaz prin oscilaii mari ale puterilor active i reactive, respectiv ale tensiunilor i curenilor, oscilaii variabile periodic n timp, cu perioade cuprinse ntre 0,2 2 sec. Ca urmare, n timpul pendulaiilor variaiile mari de cureni i tensiuni (variaii care sunt de sensuri opuse) pot produce funcionarea incorect a proteciilor de impedan. Pentru a evita aceast situaie, proteciile de impedan se prevd cu dispozitive de blocaj; acestea se comport diferit la pendulaii cnd blocheaz protecia i la scurtcircuite pe elementul protejat cnd permite acionarea corect a proteciei. Blocarea acionrii proteciilor de distan n caz de pendulaii se realizeaz n mai multe variante:

- o variant criteriul de constatare al pendulaiilor se bazeaz pe faptul c acestea se produc simetric pe toate fazele, respectiv demarajul simultan al releelor de pe fazele RST, fr curent homopolar (exemplu protecia de distan RD 110 + Q3);

- alt variant se bazeaz pe faptul c n momentul producerii pendulaiilor exist o perioad n care sensurile puterilor active i reactive, care circul pe linia protejat, devin contrare. Sesizarea sensurilor de circulaie a puterilor se realizeaz cu ajutorul releelor direcionale pentru puterea activ (SW) i pentru putere reactiv (SJ). Aceast variant se ntlnete la releele D 114.

- i alt variant se bazeaz pe urmtoarele considerente: - vectorul impedan aparent are o vitez mare de variaie n cazul

scurtcircuitelor i una foarte lent n cazul pendulaiilor (comparativ cu scurtcircuitele);

- pendulaiile sunt fenomene simetrice. Cazul releelor D 400. Blocaje mpotriva acionrii greite a proteciilor de distan la defecte n circuitele de tensiune, situaie n care unele din tensiunile aplicate releelor (sau toate tensiunile) pot deveni nule, deci i Zr = Ur/Ir devine nul, determinnd acionarea proteciei. Aceste blocaje se realizeaz fie cu relee de blocaj la dispariia tensiunii (RBDT), care controleaz circuitele de tensiune i ntrerupere, curentul operativ la protecia de distan cnd apar defecte n aceste circuite, fie prin protejarea circuitelor de tensiune ale proteciei cu un ntreruptor automat care, printr-un contact auxiliar, alimenteaz protecia cu curent operativ. La defect n circuitele de tensiune, ntreruptorul declaneaz i se ntrerupe curentul operativ al proteciei, lucru care este semnalizat personalului operativ. O situaie similar cu dispariia tensiunii la deranjamente n circuitele secundare de tensiune poate avea loc i la scurtcircuite apropiate de locul de instalare a proteciei. In cazul n care controlul tensiunilor la releu se face cu RBDT, acesta nu trebuie s blocheze protecia ntruct a aprut un defect pe linie care trebuie eliminat. Pentru aceasta RBDT are un releu homopolar, reglat la o valoare mic, care face distincia ntre arderea siguranelor (dispariia tensiunii) i scurtcircuite.

Protecia liniilor electrice de nalt tensiune AMte4-4 4.1.7. Elemente componente ale proteciei de distan

In figura 16 este reprezentat schema bloc a releelor de distan tip monosistem, care utilizeaz un singur element de msurare a impedanei i un singur element de direcie.

Figura 16

Notaiile din schema reprezint: EP elemente de pornire (demaraj) care sesizeaz apariia defectului i pun

n funciune schema; pot fi relee de curent sau relee de impedan; BC1 , BC2 blocuri de comutare, aleg n funcie de felul defectului, tensiunile i

cderile de tensiune produse de cureni n rezistenele R, care se aplic elementului direcional D i celui de msurare M, pentru a se determina corect direcia i distana ;

D elementul direcional, sesizeaz sensul de circulaie al curentului spre locul de defect;

M elementul de msurare a impedanei pn la locul defectului i n funcie de mrimea acestuia, comand declanarea n treapta respectiv;

BE bloc de execuie a comenzilor de declanare; T elementul de timp, comand deconectarea temporizat, n funcie de

impedana determinat de elementul de msur. In caz de defect, elementul de pornire EP pune n funciune elementul de timp T, blocul de comutare BC1 i blocul de comutare BC2. La producerea unui defect pe linia protejat, releul de distan msoar impedana de la locul de instalare pn la locul de defect. Valoarea impedanei msurate este comparat succesiv cu impedanele reglate, care reprezint de fapt lungimea zonelor protejate ealonate n mai multe trepte (vezi figura 14). Releul comand declanarea n treapta n care este ndeplinit condiia de funcionare a releului Zr Zpr In cazul liniei alimentat din ambele capete, proteciile de distan de la cele dou capete ale liniei acioneaz, declannd ntreruptoarele la timpi care corespund treptelor msurate de releele respective (ex. scurtcircuit n punctul K1, figura 14).

23


24

5. Protecia liniilor de tensiuni foarte nalte (400 kV i mai mari) 5.1. Msuri pentru creterea siguranei n funcionare

Liniile de 400 kV reprezint o importan deosebit pentru instalaiile energetice ntruct prin acestea se realizeaz interconexiunea ntre marile centrale electrice i legtura cu alte sisteme energetice. Din acest motiv, la realizarea proteciei se adopt msuri suplimentare pentru creterea siguranei n funciune dup cum urmeaz:

- dou protecii de distan de preferin de tipuri diferite; - elemente de pornire pentru scurtcircuite monofazate i pentru scurtcircuite ntre

faze (F-O i F-F); - elemente de msur pe faz i ntre faze (3F-O; 3F-F); - elemente direcionale pe faz i ntre faze (3F-O; 3F-F).

Existnd pe fiecare faz elemente de msur i de pornire separate pentru scurtcircuite monofazate i pentru scurtcircuite ntre faze, nu mai sunt necesare comutrile din circuitele de pornire ceea ce reprezint un avantaj al acestor protecii. 5.2. Transmiterea unor comenzi prin semnale de nalt frecven ntre cele dou

capete ale liniei protejate

Se folosesc dou soluii: - folosind calitatea de canal de nalt frecven conductoarele liniei de nalt

tensiune; - prin canale radio.

Canalele de nalt freven sunt utilizate nu numai pentru realizarea proteciilor prin nalta frecven, ci i pentru transmiterea unor comenzi de la un capt la cellalt al liniei protejate. Astfel, dac la cele dou capete ale liniei sunt instalate protecii de distan cu caracteristici n trepte, la un defect n orice punct al liniei protejate acioneaz cu treapta I (rapid) cel puin una din proteciile de la cele dou capete, i dac aceasta transmite prin canalul de nalt frecven comanda de declanare i la captul opus, defectele sunt lichidate rapid de la ambele capete pe toat lungimea liniei. Prin aceast transmitere a comenzii de declanare la captul opus se obine de fapt prelungirea treptelor I de la cele dou capete pe lungimea ntregii linii, fr pericolul acionrilor neselective. In cazul transmiterii semnalellor de nalt frecven prin conductoarele liniilor de tensiune foarte nalt, poate rezulta o sensibilitate insuficient la unele scurtcircuite monofazate prin arc cu rezistena nsemnat, sau o circulaie insuficient de sigur a semnalelor de nalt frecven prin punctul n care apare un defect. Acest dezavantaj este nlturat prin folosirea canalelor radio.


6. Protecii prevzute pe liniile electrice de nalt tensiune reele cu neutrul legat direct la pmnt

Linii radiale 110 kV

- secionarea de curent mpotriva scurtcircuitelor polifazate; - protecie maximal homopolar mpotriva scurtcircuitelor monofazate; - protecie maximal de curent temporizat.

RAR trifazat cu control lips tensiune.

Linii buclate: - protecii de distan:

cu elemente de pornire pe faz; cu unu sau trei elemente de msur; cu unu sau trei elemente de direcie.

- protecie homopolar de curent n dou trepte direcionat: RAR trifazat cu condiii:

lips tensiune; control sincronism.

Linii 220 kV - protecie de distan cu declanare monofazat; - protecie homopolar n dou trepte direcionat.

RAR monofazat - fr condiii de funcionare (linia este n funciune pe dou faze).

Linii 400 kV - dou protecii de distan (de preferin de tipuri diferite) cu declanare

monofazat; - protecie homopolar n dou trepte direcionat.

RAR - monofazat - fr condiii de funcionare. - trifazat cu condiii: lips tensiune, control sincronism.

La liniile de 220 kV i mai mult, declanrile prin protecie sunt monofazate (liniile sunt prevzute cu ntreruptori cu acionare monofazat). Pentru a evita regimurile nesimetrice de funcionare (funcionarea n dou faze, a treia faz fiind declanat), dup pauza RAR M, acioneaz protecia de necoresponden i declaneaz ntreruptorul trifazat.

25

AMte4-4 - Protectia liniilor electrice de inalta tensiune.pdf Vasile TUDORA PROTECTIA LINIILOR ELECTRICE DE INALTA TENSIUNE AMte4-4 Elaborator: ing. Vasile Tudora Tehnoredactat: tehnored. Gabriela Dron Grafic: tehn. Stefan Zaharoiu

AMte 4-4.pdf4.1. Relee de impedan Realizarea caracteristicii de timp Figura 14 Figura 15 Figura 16

amte4-4 - protectia liniilor electrice de inalta tensiune

Documents