microsoft word - 10protdigitale

20
INSTALATII DE AUTOMATIZARE SI PROTECTIE A INSTALATIILOR ENERGETICE 1 10. ECHIPAMENTE DE PROTECłIE CU MICROPROCESOARE PROTECłII NUMERICE 1. Stadiul introducerii microcalculatoarelor în tehnica protecŃiilor Stadiul utilizării tehnicii numerice în domeniul protecŃiei sistemelor electrice demonstrează corectitudinea acestei direcŃii de dezvoltare. Exista de peste 25 de ani preocupări în realizarea protecŃiilor numerice cu ajutorul microcalculatoarelor. Comitetele internaŃionale din domeniul reŃelelor electrice ca CIGRE şi CIRED acorda o mare importanŃă introducerii microcalculatoarelor în acest domeniu. EvoluŃia în domeniul realizării unor dispozitive şi aparate cu utilizare generala în domeniul prelucrării informaŃiei şi al transmisiei datelor şi a căror introducere în tehnica protecŃiilor prezintă următoarele avantaje: 1. PosibilităŃi universale de prelucrare a mărimilor de proces. ProtecŃiile numerice pot realiza caracteristici de funcŃionare arbitrare, în conformitate cu necesităŃile echipamentelor protejate şi nu în raport cu posibilităŃile tehnice ca în cazu1 sistemelor de protecŃie clasice, pe baza unei palete relativ restrânse de structuri hard de bază (microcalculatoare mono-cip, structuri multicalculator extensibile) şi a utilizării soft- urilor adecvate. Utilizarea structurilor hard şi soft de baza este practic nelimitata, fiind posibila adaptarea optima la obiectul protejat, fără modificări constructive ale aparaturii ci numai prin program. 2. Capacitatea de prelucrare a unui volum mare de date în timp real. Acest avantaj revoluŃionează o serie de concepte din tehnica protecŃiilor şi permite supravegherea mărimilor electrice - curenŃi şi tensiuni - la intervale discrete de timp de cca. 1 ms. în plus, rezoluŃia temporala înalta poate conduce la formularea umor noi criterii de protecŃie. Posibilitatea prelucrării unui volum mare de date permite integrarea funcŃiunilor mai multor aparate clasice intr-un singur microcalculator şi elimina adaptoarele de diferite tipuri, aparatele pentru comanda RAR, forŃarea excitaŃiei şi de protecŃie la anclanşarea nereuşită. 3. Capacitatea de memorare a unui volum mare de date. Aceasta calitate consta în posibilitatea de memorare a mai multor caracteristici de funcŃionare care pot fi selectate prin semnalele externe (reconfigurarea automata a structurii protecŃiei la schimbarea schemei reŃelei, în corelare cu starea întrerupătoarelor). Permite de asemenea o extindere a funcŃiilor protecŃiei prin preluarea mărimilor de intrare intr-o "fereastra de timp" în momentul apariŃiei defectului, inclusiv prin înregistrarea fenomenelor tranzitorii. 4. Posibilitatea modernizării procesului de producŃie al echipamentelor numerice de protecŃie. Pe lângă avantajele tehnice ale protecŃiilor numerice este remarcabila şi posibilitatea dezvoltării procesului de producŃie al acestor protecŃii, pe un alt plan al nivelului tehnologic. ConstrucŃia modulara a sistemelor de protecŃie numerice constituite din elemente universal utilizabile (convertoare AIN, cuploare optice, fibra de sticla, procesoare aritmetice, circuite de memorare, unităŃi centrale, sisteme bus) asigura posibilităŃi concrete de creştere a productivităŃii la producătorul de sisteme de protecŃie. Utilizarea fibrelor de sticla, micşorarea gabaritului şi greutăŃii, schimbarea mijloacelor tehnice ale prelucrării informaŃiei pentru echipamentele de protecŃie, care reduc influenta sistemelor de măsură a tensiunii şi curentului prin necesarul redus de putere, determina economii de materiale, în special de cupru şi otel.

Upload: cata-catalin

Post on 12-Sep-2015

41 views

Category:

Documents


2 download

DESCRIPTION

Protectii digitale

TRANSCRIPT

  • INSTALATII DE AUTOMATIZARE SI PROTECTIE A INSTALATIILOR ENERGETICE

    1

    10. ECHIPAMENTE DE PROTECIE CU MICROPROCESOARE PROTECII NUMERICE

    1. Stadiul introducerii microcalculatoarelor n tehnica proteciilor

    Stadiul utilizrii tehnicii numerice n domeniul proteciei sistemelor electrice demonstreaz corectitudinea acestei direcii de dezvoltare. Exista de peste 25 de ani preocupri n realizarea proteciilor numerice cu ajutorul microcalculatoarelor. Comitetele internaionale din domeniul reelelor electrice ca CIGRE i CIRED acorda o mare importan introducerii microcalculatoarelor n acest domeniu.

    Evoluia n domeniul realizrii unor dispozitive i aparate cu utilizare generala n domeniul prelucrrii informaiei i al transmisiei datelor i a cror introducere n tehnica proteciilor prezint urmtoarele avantaje:

    1. Posibiliti universale de prelucrare a mrimilor de proces. Proteciile numerice pot realiza caracteristici de funcionare arbitrare, n conformitate cu necesitile echipamentelor protejate i nu n raport cu posibilitile tehnice ca n cazu1 sistemelor de protecie clasice, pe baza unei palete relativ restrnse de structuri hard de baz (microcalculatoare mono-cip, structuri multicalculator extensibile) i a utilizrii soft-urilor adecvate. Utilizarea structurilor hard i soft de baza este practic nelimitata, fiind posibila adaptarea optima la obiectul protejat, fr modificri constructive ale aparaturii ci numai prin program.

    2. Capacitatea de prelucrare a unui volum mare de date n timp real. Acest avantaj revoluioneaz o serie de concepte din tehnica proteciilor i permite supravegherea mrimilor electrice - cureni i tensiuni - la intervale discrete de timp de cca. 1 ms. n plus, rezoluia temporala nalta poate conduce la formularea umor noi criterii de protecie.

    Posibilitatea prelucrrii unui volum mare de date permite integrarea funciunilor mai multor aparate clasice intr-un singur microcalculator i elimina adaptoarele de diferite tipuri, aparatele pentru comanda RAR, forarea excitaiei i de protecie la anclanarea nereuit.

    3. Capacitatea de memorare a unui volum mare de date. Aceasta calitate consta n posibilitatea de memorare a mai multor caracteristici de funcionare care pot fi selectate prin semnalele externe (reconfigurarea automata a structurii proteciei la schimbarea schemei reelei, n corelare cu starea ntreruptoarelor). Permite de asemenea o extindere a funciilor proteciei prin preluarea mrimilor de intrare intr-o "fereastra de timp" n momentul apariiei defectului, inclusiv prin nregistrarea fenomenelor tranzitorii.

    4. Posibilitatea modernizrii procesului de producie al echipamentelor numerice de protecie. Pe lng avantajele tehnice ale proteciilor numerice este remarcabila i posibilitatea dezvoltrii procesului de producie al acestor protecii, pe un alt plan al nivelului tehnologic. Construcia modulara a sistemelor de protecie numerice constituite din elemente universal utilizabile (convertoare AIN, cuploare optice, fibra de sticla, procesoare aritmetice, circuite de memorare, uniti centrale, sisteme bus) asigura posibiliti concrete de cretere a productivitii la productorul de sisteme de protecie.

    Utilizarea fibrelor de sticla, micorarea gabaritului i greutii, schimbarea mijloacelor tehnice ale prelucrrii informaiei pentru echipamentele de protecie, care reduc influenta sistemelor de msur a tensiunii i curentului prin necesarul redus de putere, determina economii de materiale, n special de cupru i otel.

  • INSTALATII DE AUTOMATIZARE SI PROTECTIE A INSTALATIILOR ENERGETICE

    2

    Implementarea rutinelor de supervizare i de testare n proteciile numerice conduce la reducerea necesarului de verificri manuale pe durata funcionarii n regim normal a proteciilor.

    Trecerea la tehnica proteciei numerice, pe lng avantajele prezentate mai nainte, a fost nsoit la nceput i de o serie de dezavantaje, care sunt totui soluionabile. Dintre acestea, menionm:

    .Sistemelor de protecie li se cere o mare fiabilitate n funcionare. Aceasta se reduce cu creterea numrului de elemente componente, ale cror funciuni Pariale participa serial n funcionarea ansamblului. Prin utilizarea unor strategii autosupervizoare i redundante, pot fi asigurai indicatorii unei fiabiliti ridicate.

    .Sensibilitatea mult mai ridicata. a componentelor electronice din sistemele de protecie numerice (in comparaie cu elementele electromecanice ale proteciilor clasice ), la influenta unor cmpuri electromagnetice care se manifesta. n vecintatea echipamentelor energetice.

    Introducerea calculatoarelor numerice n tehnica proteciei are n vedere, ca i n trecut , n cazul aparatelor convenionale, adaptarea la cerinele tehnice ale sistemului energetic a mijloacelor tehnice de protecie i automatizare. Aceasta. relaie dinamica intre dezvoltarea sistemelor energetice i evoluia din domeniile tehnologice de vrf este prezentata. n fig. 1.

    Pe baza cerinelor general valabile ale dezvoltrii sociale, sistemele electroenergetice i micro i optoelectronica evolueaz tehnic independent unele de altele. La momente discrete, are loc procesul de adaptare care conduce la un nou sistem de protecie (n perioada actual - sistemele de protecie numerica).

    Proteciile numerice au aprut i s-au dezvoltat n etape care pot fi caracterizate n 'modul urmtor:

    1. Etapa 1969-1974. Aceasta a nceput cu o lucrare a lui G.D. Rockefeller, care este considerata ca cea dinti n domeniul proteciilor asistate de calculator. Elementele caracteristice ale acestei etape sunt:

    introducerea calculatoarelor de proces mari i mijlocii ca mijloc tehnic central de automatizare a unei staii electrice de transformare pentru rezolvarea problemelor de comand, supraveghere i protecie a tuturor echipamentelor electroenergetice;

    utilizarea celor mai simpli algoritmi pentru conversia criteriilor clasice de protecie.

    Utilizarea calculatorului de proces central pentru realizarea unui concept general de automatizare nu a trecut de faza de probe pe o linie de 230 kV, n anul1972 n SUA. Funciile realizate au fost de protecie (de distanta, suprasarcina), de reanclanare automat, de nregistrare a perturbaiilor i de comanda. Cu aceast ocazie a rezultat necesitatea separrii sarcinilor care trebuiau repartizate mai multor calculatoare specializate pe echipamente protejate.

  • INSTALATII DE AUTOMATIZARE SI PROTECTIE A INSTALATIILOR ENERGETICE

    3

    Fig.1. Condiii pentru dezvoltarea proteciilor numerice

    2. Etapa 1972-1981. Efortul pentru gsirea unor soluii economice n diferite situaii (de exemplu pentru echipri ulterioare, retehnologizarea unor instalaii existente, experimente pentru dobndirea de experien de ctre utilizatorii instalaiilor), necesitatea de a influenta n mod difereniat fiabilitatea precum i a utilizrii opionale a calculatoarelor, au condus la un concept de mprire a sarcinilor i de rezolvare separata a acestora cu sisteme de calcul de capacitate mai mica.

    Tipice pentru aceasta etapa sunt: .introducerea mini i microcalculatoarelor pentru soluii tehnice de

    protecii speciale, cu precdere pentru protecia de distan a liniilor ca i pentru protecia difereniala a generatoarelor i transformatoarelor;

    .cercetarea principiala a posibilitilor tehnicii numerice pentru calculul mrimilor n conformitate cu un anumit criteriu de realizare a proteciei i cu considerarea formei nesinusoidale a mrimilor de proces din sistemele energetice (armoniei superioare, componente aperiodice );

    .fundamentarea bazelor teoretice ale domeniului, cu utilizarea cunotinelor de matematica, teoria semnalelor i teoria liniilor electrice (utilizarea ecuaiilor liniilor, utilizarea formulelor trigonometrice, analiza de corelaie). 3. Etapa din 1975. Odat cu dezvoltarea microprocesoarelor, a devenit disponibila

    o tehnica a circuitelor de comutaie, care prin proprietile sale (volum redus, viteza mare de prelucrare a informaiei, pre competitiv) este predestinata automatizrii descentralizate (distribuite) a proceselor n general i a prelucrrii informaiei n sistemele energetice. Cu aceasta, etapa 2 a trecut n mod continuu n etapa 3 pentru care sunt caracteristice urmtoarele:

  • INSTALATII DE AUTOMATIZARE SI PROTECTIE A INSTALATIILOR ENERGETICE

    4

    .introducerea constanta a microprocesoarelor, microcalculatoarelor i sistemelor de microcalculatoare nsoita de dezvoltarea continua a tehnicii microcalculatoarelor, n special a capacitii de memorare i prelucrare a datelor;

    .reluarea conceptelor de baza din etapa 1, dar acum realizate cu sisteme de microprocesoare cu sisteme autarhice funcional, care comunica prin conexiuni adecvate i sisteme bus. n cadrul acestui sistem director, sistemul de protecie formeaz un sistem parial de sine stttor, cu coninut funcional lrgit n comparaie cu sarcina proteciei clasice.

    2. Principiul de baz al supravegherii mrimilor de proces Deosebirea eseniala ntre proteciile numerice i proteciile electromecanice sau

    analog-numerice, consta n modul de supraveghere a mrimilor de proces. Mrimile analoge obinute la ieirea convertoarelor - transformatoarele de curent i de tensiune (in general i(t) i u(t)) sunt preluate n momente discrete de timp, la intervale de 1"= 0,8+ 1,5 ms numite perioada de eantionare, adic cu o frecvent! de eantionare de 650 Hz (corespunztor 1"= 1,54 ms) pana la 1250 Hz (corespunztor 1"= 0,8 ms). Valorile instantanee astfel obinute (valori eantionate) se trateaz ca reprezentantele discrete n timp ale curbelor mrimilor analogice i care, dupa digitizare (conversie n cod numeric) se prelucreaz n calculator.

    Consideram u(t) un semnal continuu, cauzal, ca mrime de intrare i un dispozitiv de eantionare descris printr-o serie de impulsuri Dirac decalate n timp, de amplitudine unitara i perioada de eantionare 1". Funcia generalizata de distribuie a dispozitivului de eantionare din fig. V .2a este data de relaia

    p(t)= =Zk

    kttp )()( (l)

    i are aspectul din fig. 2b.

    Fig. 2. Dispozitiv de eantionare ideal (a) i reprezentarea funciei generalizate de distribuie (b )

    Semnalul de ieire u( t), cauzal, este modulat pe o purttoare de tipul p(t), deci: u*(t) = u(t)p(t) ,

    (2) Din relaia (2), rezulta: u*(t)= =

    =

    = 00)()()()(

    kkktkukttu

    (3) Eantionarea ideal presupune deci transformarea curbei continue, de variaie n

    timp a semnalului u(t), intr-o mulime numrabil de puncte ( eantioane ), { u(kT) } , k

  • INSTALATII DE AUTOMATIZARE SI PROTECTIE A INSTALATIILOR ENERGETICE

    5

    0. n realitate, dispozitivul de eantionare ideal, neavnd corespondent fizic realizabil, se utilizeaz doar prin aproximaiile sale. Tot din motive tehnice reale, prelucrarea digital a unui eantion u(kT), necesit convertirea lui n format binar intr-un convertor analog-numeric (CAN) al crui timp de conversie este nenul iar eantionul u(kT) trebuie meninut constant ca amplitudine, prin memorare, n tot intervalul de conversie A/N. n fig. V .3 este prezentat principiul prelucrrii unei mrimi de proces (un curent de scurtcircuit) prin filtrare i eantionare-memorare.

    Fig. 3. Principiul prelucrrii mrimilor de proces prin filtrare i eantionare-memorare

    Acest nou principiu de supraveghere a mrimilor de proces asigura proteciei o "apropiere" de proces n mai mare msur ca principiul supravegherii unei valori de tip medie pe un interval, cu toate avantajele i dezavantajele pe care le implica. A avea la dispoziie permanent datele de proces, permite utilizarea lor i n regim normal pentru:

    verificarea lanului de elemente ale proteciei i descoperirea perturbaiilor n acest lan avnd n vedere corectitudinea datelor despre acest regim; prin aceasta devine posibil mbuntirea fiabilitii proteciei;

    analiza regimului anterior defectului prin memorarea datelor de proces n intervalul unei "ferestre de timp" i stabilirea cu precizie a apariiei unui defect cu rezoluie temporal foarte bun (cvasimomentan);

    msurarea, supravegherea, reglarea, contorizarea, diagnoza de regim, precum i pentru soluionarea altor probleme colaterale de automatizare,

  • INSTALATII DE AUTOMATIZARE SI PROTECTIE A INSTALATIILOR ENERGETICE

    6

    cu condiia ca elementele de msur i conversie s se ncadreze n clasele de precizie cerute.

    Eantionarea cvasimomentan impune pe de alt parte o cunoatere detaliat a fenomenelor tranzitorii n sistemele electroenergetice i n transformatoarele de curent i de tensiune care conduce la utilizarea corect a acestora n rezolvarea cerinelor impuse proteciilor. Analiza detaliat a fenomenelor tranzitorii permite elaborarea a noi criterii de protecie cu performante remarcabile iar neglijarea fenomenelor de transfer, a aciunii integratoare a elementelor de msur convenionale, contribuie la reducerea performantelor proteciei.

    3. Conceptul sistemic al proteciei numerice

    Din necesitatea utilizrii unui numr redus de elemente constructive hard n alctuirea unui sistem de protecie numeric, s-a adoptat structura de baza din fig. V .4. Aceast structur are n vedere urmtoarele grupe funcionale principale:

    .unitatea de preluare a valorilor msurate; .transferul valorilor msurate; .sistemul de prelucrare a datelor msurate.

    Unitatea de preluare a valorilor msurate are rolul de a separa galvanic elementele electronice de circuitele secundare de curent i de tensiune, de a adapta nivelul mrimilor electrice, de a filtra suficient mrimile (in concordanta i cu filtrarea soft), de a eantiona i memora analogic, de a transfera serial prin multiplexor i n final, de a furniza semnal numeric prin conversia A/N

    .Microcalculatorul cuplat la ieirea acestei uniti memoreaz datele de proces n cadrul unei "ferestre de timp", le organizeaz pentru transferul serial i schimb informaii cu ntreruptorul / separatorul pentru a prelua date privind poziia acestuia, respectiv pentru a transmite comanda de declanare n concordanta direct cu programul de protecie.

    Unitatea de preluare a valorilor msurate se poate instala n cmpul echipamentelor primare n scopul reducerii canalelor de transmisie.

    Transferul valorilor msurate intre cmpul primar i sistemul de prelucrare a datelor instalat n general la dispecer, se face printr-o legtur cu fibr optic de mare capacitate, cu transmisie bilateral (telegrame de date ale valorilor msurate i semnale de confirmare intr-o direcie i semnale de comand n cealalt direcie ).

    Sistemul de prelucrare a datelor m8surate are rolul de a realiza programul de protecie n funcie de caracteristicile de funcionare specifice. Pentru aceasta se folosete un sistem multiplu de microcalculatoare, care n forma cea mai uzual recepioneaz telegrame de date din cmpuri primare (n pentru protecia barelor colectoare, 2 sau 3 pentru protecia diferenial a transformatoarelor, I pentru protecia de distan etc.).

    Structura generala a acestui sistem conine: 1 pana la i microcalculatoare (C) cu funcia de master pentru un program

    parial de protecie, echipate cu un microprocesor i memorie proprie de program i de date, capabile fiecare sa participe activ prin sistemul bus; numrul necesar depinde de volumul sarcinii de protecie, de algoritmii utilizai pentru aceasta i de capacitatea de lucru a microprocesoarelor;

  • INSTALATII DE AUTOMATIZARE SI PROTECTIE A INSTALATIILOR ENERGETICE

    7

    1 pana la n microcalculatoare cu funcia slave pentru controlul plauzibilitii valorilor msurate ca i pentru o prelucrare prealabila a lor n vederea obinerii unor mrimi intermediare sau de completare (de exemplu calculul tensiunilor dintre faze din tensiunile de faz sau determinarea sensului sau fazei curenilor n cazul proteciilor difereniale). Pentru transferul datelor se echipeaz ca i C master, dar nu independente, ci activate numai de C master;

    memorii globale de program (ROM) i de lucru (RAM) pentru introducerea, de exemplu, a programelor de lucru ale C master astfel nct fiecare sa fie n situaia de a putea prelua sarcina celorlalte;

    interferene input / output (I/O) fr procesoare pentru comunicarea cu instalaiile primare.

    4. Principii de prelucrare a mrimilor electrice n proteciile numerice

    Tehnica clasica a proteciei a fost orientata n sensul realizrii de aparate, relee, ct mai bine adaptate cerinelor sistemului energetic.

    Particularitatea proteciei numerice de a supraveghea n mod continuu, aproape instantaneu, a mrimilor analogice de proces, impune o tratare a principiilor de prelucrare sub aspectul conversiei digitale de baz a evoluiei mrimilor reprezentate de valorile eantionate. Concepia de baza a proteciei numerice este orientata pe principii de prelucrare a informaiei.

    Principial, criteriile de protecie trebuiesc analizate sub aspectul prelucrrii n modul urmtor:

    criterii de protecie pe baza unei singure mrimi de proces ( curent, tensiune );

  • INSTALATII DE AUTOMATIZARE SI PROTECTIE A INSTALATIILOR ENERGETICE

    8

    criterii de protecie pe baza mai multor mrimi de proces (impedan, diferen de faz).

    Aceste criterii trebuie evaluate n legtura cu: precizia de msurare n funcie de frecventa de eantionare, de coninutul

    de armonici superioare i componente aperiodice existente n mrimea de proces;

    comportarea tranzitorie ctre o valoare staionar la trecerea de la regimul normal la cel de defect;

    necesarul de calcule numerice ca baz pentru realizarea configuraiei hard de timp real.

    In ultimii ani s-a ncercat modernizarea instalaiilor de protecie i de automatizare din sistemul energetic naional.

    In cele ce urmeaz sunt prezentate principiile acestor protecii care vor fi n vitor extinse n cadrul SEN.

    Protecii cu P de generaia I Folosesc aceleai principii da msurare i funcionare ca i proteciile clasice.

    Avantaje Dezavantaje Mai rapide dect cele clasice; Siguran n funcionare Sensibilitate mrit; Construcie modular.

    Sensibilitate la temperatur Surse de alimentare stabilizate Personal calificat

    Echipamentele trebuie dublate pentru asigurarea siguranei i a fiabilitii. Deasemenea pot funciomna ierarhizat.

  • INSTALATII DE AUTOMATIZARE SI PROTECTIE A INSTALATIILOR ENERGETICE

    9

    Protecii cu P de generaia II

    Sistemul memoreaz toate strile de funcionare ale sistemului protejat i compar n fiecare moment starea momentan cu cea memorat, astfel ca la apariia unei anomalii protecia declaneaz. Suplimentar permit:

    Memorarea; Supraveghere i control Comunicatii la distan Interfa om/main Posibilitatea funcionrii pe mai multe caracteristici

  • INSTALATII DE AUTOMATIZARE SI PROTECTIE A INSTALATIILOR ENERGETICE

    10

    Sistemul de intrari analogice si interfata A/N

    Elementele componente sunt:

    Traductorul transform mrimile analogice de intrare n semnale analogice unificate de anuimite valori. FTJ filtru trece jos pentru blocarea semnalelor parazite (f = 15 Hz); Mux multiplexor; Blocul de eantionare memorare;

    Transform semnalul analogic n semnal constant pe poriuni, deoarece convertorul A/N nu lucreaz instantaneu i are nevoie de semnal constant.

  • INSTALATII DE AUTOMATIZARE SI PROTECTIE A INSTALATIILOR ENERGETICE

    11

    Cnd K este nchis C se ncarc, blocul de eantionare-memorare este n poziia de urmrire. Cnd K este deschis C are valoarea constant. blocul de eantionare-memorare este n poziia de urmrire.

    Convertorul analog - numeric Poate fi cu sistem integrator sau prin aproximri succesive.

    n general releele de protecie cu P de generaia II-a ndeplinesc funciile de comand control protecie, putnd fi integrate in sisteme complexe. Pentru comunicaii se utilizeaz protocoale standardizate IEC 808, MODBUS, DNP 3. Suportul de comunicaie poate fi RS 232, RS 485, etc

    PROTECII NUMERICE ABB

    In ultimii ani s-a pus problema modernizrii unor instalaii de protecii i de automatizare din sistemul energetic naional; in acest sens, se preconizeaz introducerea unei serii de protecii numerice cum sunt REL3l6*4 pentru linii electrice, REG3l6*4 pentru generatoare sincrone i RET316*4 pentru transformatoare.

    In cele ce urmeaz sunt prezentate succint datele tehnice i caracteristicile acestor protecii care vor cpta o anumit extindere in cadrul SEN.

  • INSTALATII DE AUTOMATIZARE SI PROTECTIE A INSTALATIILOR ENERGETICE

    12

    1. Protecia numerica pentru linii REL 316*4

    Protecia REL 316*4 este destinat liniilor de tensiune medie i nalt i ndeplinete in principal funcia de protecie de distanta i diferenial aferent unei extremiti a unei linii aeriene sau in cablu.

    Protecia de distanta conine elemente de pornire maximale de curent i de minim impedan. Conine de asemenea ase elemente de pornire de minim impedan optimizate pentru detectarea rapida a defectelor din reelele cu neutrul legat la pmnt. Caracteristica de acionare a elementului de msura a impedanei este de tip poligonal in cinci trepte pentru defecte "in fa" i "in spate". Conine de asemenea o protecie maximala de curent cu caracteristica dependent, elemente de supraveghere a transformatoarelor de tensiune i de blocare la pendulaii.

    Sistemul logic al proteciei asigur comutarea proteciei pe mrimile de defect, extinderea unor zone, declanarea cu semnal de autorizare ( cu diminuarea sau extinderea unei zone), precum i schema de blocare.

    Compensarea suprasarcinii se realizeaz prin excluderea din caracteristica de acionare a domeniului impedanelor corespunztoare acestui regim.

    Protecia diferenial longitudinal se bazeaz pe msurri independente pe fiecare faz i permite declanri monofazate rapide (cca. 25 ms). Schimbul de informaii intre echipamentele terminale se realizeaz prin fibra optica la 64 kB/s, cu posibilitatea transmiterii i a opt semnale binare (semnale de declanare i blocare) i cu supravegherea continua a transmiterii semnalelor proteciei.

    in plus, protecia are posibilitatea includerii i a unui transformator de putere in zona protejat, cu compensarea intern a defazajelor curenilor secundari i cu frnare la cureni de oc de magnetizare.

    Protecia mpotriva defectelor cu pmnt este sensibila la acest tip de defecte in reele cu neutrul izolat sau tratat cu bobine de stingere i ndeplinete funcia de protecie comparativ direcional pentru sesizarea defectelor prin rezistena de valoare mare.

    Funcii de protecii de curent i de tensiune: protecie maximala de curent temporizat cu detectarea curentului de oc

    de magnetizare; protecie maximala de curent cu caracteristica dependent.

    Funcii de automatizare dintre care menionm reanclanarea automat rapida mono i trifazat cu mai multe cicluri, verificarea sincronizrii, msurarea puterii active i aparente, msurarea tensiunilor, curenilor i frecventei.

    Funcii de supraveghere, cum sunt nregistrarea secveniala a evenimentelor, nregistrarea perturbaiilor din canalele analogice i binare, funcii pentru programare de ctre utilizator, funcii logice (I, SAU etc.), temporizator / integrator.

    REL 316.4 asigura protecia unui terminal al unei linii in conformitate cu principiul PYRAMID i permite protejarea rapida i selectiva a reelelor de distribuie de medie tensiune i de transmisie de nalt tensiune. Poate fi utilizat la toate tensiunile SE,

  • INSTALATII DE AUTOMATIZARE SI PROTECTIE A INSTALATIILOR ENERGETICE

    13

    indiferent de modul de tratare a neutrului, pentru linii aeriene sau in cablu, de lungimi mari sau mici, linii paralele, linii ncrcate puternic sau cu o ncrcare redusa. Are capacitatea de a detect toate tipurile de defecte, cu o anumit evoluie, inclusiv cele prin rezistenta mare de punere la pmnt.

    Fig. 7. Structura Hardware a proteciei REL 316*4

    Structura hardware a proteciei cuprinde patru uniti diferite, fig. 7: .unitate de intrri analogice; .unitate centrala de calcul; .unitate intrri / ieiri cu 1-4 mrimi binare; .sursa de alimentare.

    n circuitele de intrri analogice, sunt prevzute transformatoare care realizeaz izolarea electrica i statica intre mrimile de intrare i circuitele electronice interne care adapteaz nivelul semnalelor la valoarea necesara prelucrrii. Sunt prevzute un numr de maximum noua asemenea transformatoare de intrare pentru protecii de curent, tensiune i msurri.

    Fiecare mrime analogic este aplicat unui filtru trece jos FTJ (RC de ordinul I) cu efect antialiasing i pentru eliminarea interferenelor de nalt frecvent, fig. 8.

    In continuare, mrimile analogice sunt transmise prin multiplexorul MUX elementului de eantionare - memorare E/M cu o frecven de 12 eantioane pe o perioad i convertorului analog - numeric A/N pe 16 bii pentru conversia numeric a semnalelor. ntr-un procesor de semnal digital PSD se realizeaz o filtrare digitala a semnalelor iar datele necesare pentru algoritmii proteciei sunt transferate in memoria procesorului principal.

    Unitatea principala a procesorului conine un microprocesor (Intel 80486) pentru algoritmii proteciei i memoriile dublu-port MDP pentru comunicarea intre convertoarele A/N i procesorul principal. Aceasta realizeaz algoritmii proteciei i controleaz comunicarea om - maina i interfeele la sistemul de control al staiei. Semnalele binare de la procesorul principal sunt transferate elementului intrare - ieire

  • INSTALATII DE AUTOMATIZARE SI PROTECTIE A INSTALATIILOR ENERGETICE

    14

    care comanda releele de ieire i semnalizrile prin LED. Unitatea principala a procesorului este echipat cu o interfaa seriala prin care sunt introduse mrimile de referina, sunt citite datele privind evenimentele produse, iar datele de la memoria nregistratorului de perturbai sunt transferate la un PC local.

    Fig. 8. Fluxul de date a proteciei REL 316*4

    Protecia REL 316*4 poate avea patru uniti intrare - ieire binare. Aceste uniti sunt disponibile in trei variante:

    a. doua relee auxiliare cu cate doua contacte de mare putere de rupere, 8 intrri optocuploare i 6 relee de semnalizare;

    b. doua relee auxiliare cu cate doua contacte de mare putere de rupere, 4 intrri optocuploare i 10 relee de semnalizare;

    c. 14 intrri optocuploare i 8 relee de semnalizare.

    Fig. 9. Caracteristica de acionare a proteciei de distanta a REL 316*4

    Prin utilizarea a unei singure uniti intrare - ieire, sau a dou asemenea uniti, sunt accesibile 8 sau 16 semnalizri prin LED, vizibile pe panoul frontal al proteciei.

  • INSTALATII DE AUTOMATIZARE SI PROTECTIE A INSTALATIILOR ENERGETICE

    15

    Structura software a proteciei se bazeaz pe o prelucrare prealabila. a mrimilor de intrare, att a celor analogice ct i a celor binare, nainte de a fi transferate procesorului principal. Aa cum sa artat in cadrul structurii hardware, mrimile analogice sunt transmise, fig. 8, printr-un transformator de intrare (T), unt (Sh), filtru trece jos {FTJ) {filtru antialiasing), multiplexor {MUX), element de eantionare - memorare {FJM), convertor analog - numeric {AJN) i procesor de semnal digital (PSD). Sub form digital, semnalele care reflect! componentele fundamentale sunt separate de armonicile superioare i componentele tranzitorii, dup care sunt aplicate procesorului principal. Semnalele binare de la intrrile optocuploare se transmit direct procesorului principal. Prelucrarea ulterioara. a semnalelor se desfoar. In conformitate cu algoritmul proteciei i logica adoptat.

    Funciunile realizate de protecia REL 316.4 sunt urmtoarele: Protecie de distan, cu o caracteristic de acionare prezentat in fig. 9, Protecie diferenial longitudinal a liniilor, care realizeaz

    caracteristica de frnare din fig. 10 i poate fi utilizat numai pentru linii, fig. 11 ( cu transmisie prin linie cu fibr optic) sau linii cu un transformator de putere inclus in zona protejat a liniei, fig. 12.

    Fig. 10. Caracteristica de acionare a proteciei difereniale longitudinale realizat cu REL 316*4

  • INSTALATII DE AUTOMATIZARE SI PROTECTIE A INSTALATIILOR ENERGETICE

    16

    Fig. 11. Protecie diferenial longitudinal a unei linii cu REL 316*4, linie cu fibr optic (LFO) i sistem de comunicaii tip FOX cu o vitez de transmisie de2 MBit/s

    Protecie de curent cu caracteristica independenta. Protecie de curent cu caracteristica dependenta. Protecie de tensiune cu caracteristica independent. Reanclanare automat rapida. Controlul sincronismului.

    Fig. 12. Protecie diferenial longitudinal a unei linii, cu un transformator inclus in zona protejat

    2. Protecia numerica pentru generatoare REG 316*4

    Protecia REG316*4 este destinat protejrii generatoarelor sincrone, motoarelor i transformatoarelor de putere; principalele sale caracteristici sunt:

    funciile de protecie sunt selectabile i sunt posibile un numr mare de aplicaii;

    prelucrarea complet continua prin hardware i testarea ciclica prin software;

    selectarea mrimilor de referina i nregistrarea acestora; afiarea valorilor msurate, a evenimentelor, confirmarea i tiprirea lor;

  • INSTALATII DE AUTOMATIZARE SI PROTECTIE A INSTALATIILOR ENERGETICE

    17

    nregistrarea perturbaiilor, autodocumentarea, stabilitatea pe termen lung; .port serial pentru comunicaii.

    Funciile proteciei permit realizarea tuturor tipurilor de protecii necesare generatoarelor, motoarelor i transformatoarelor, i anume:

    protecie difereniala longitudinala; protecie maximala (minimala) de curent temporizat (opional cu

    detectarea curentului de oc de magnetizare); protecie maximala (minimala) de curent rapida; protecie maximala de curent cu blocaj de minima tensiune; protecie maximala de curent cu caracteristica dependent; protecie de curent de secvena inversa; protecie maximala (minimala) de tensiune, temporizat; protecie mpotriva punerilor la pmnt in stator (zona protejat 95%); protecie mpotriva punerilor la pmnt in rotor; protecie maximala (minimala) de tensiune, rapida, cu supravegherea

    valorii maxime; protecie de minima impedana; protecie de minima reactana mpotriva reducerii excitaiei; protecie mpotriva suprasarcinilor; protecie de curent de secvena invers cu caracteristic dependent; protecie mpotriva creterii temperaturii; .protecie mpotriva creterii

    excitaiei.

    Structurile hardware i software ale proteciei REG 316*4 sunt similare cu cele ale proteciei REL 316*4, prezentate n 1 i in fig. 7 i 8. In fig. 13 este prezentat schema de conectare a proteciei REG 316*4 la un GS protejat.

    Fig. 13. Schema de conectare a proteciei REG 316*4 la un GS.

  • INSTALATII DE AUTOMATIZARE SI PROTECTIE A INSTALATIILOR ENERGETICE

    18

    Protecia diferenial realizat cu REG 316*4 este similar cu cea a proteciei REL 316*4, iar caracteristica de acionare cu frnare are forma din fig. l 0.

    Protecia maximal de curent cu caracteristic dependent realizeaz o caracteristic t = .f{J) de forma din fig. 14a, m care prin valorile exponentului c se obin diferite grade de dependent a timpului de acionare de valoarea curentului.

    Protecia de minim impedan realizeaz o caracteristic de acionare circular cu centrul in origine, fig. 14b.

    Protecia de minim reactan, mpotriva reducerii accidentale a curentului de excitaie, realizeaz caracteristici circulare de acionare, cu centrul deplasat fie pe axa negativ a reactanelor, sau in cadranul III, fig. 14c.

    Protecia maximal de curent de secven invers cu caracteristic dependent, mpotriva ncrcrii nesimetrice a generatorului, funcioneaz cu caracteristici t = .f{12/1n) de forma prezentat in fig. 14d.

    Fig. 14. Principalele caracteristici ale proteciei REG 316*4: maximal de curent dependent (a), minim impedan (b), minim reactan (c), maximal de curent de secvena inversa ( d)

  • INSTALATII DE AUTOMATIZARE SI PROTECTIE A INSTALATIILOR ENERGETICE

    19

    3. Protecia numeric pentru transformatoare RET 316*4 Protecia RET 316*4 este destinat transformatoarelor cu doua i trei nfurri; este

    posibi1a de asemenea folosirea i ca protecie a autotransformatoarelor i a blocurilor generator - transformator. Protecia are posibilitatea sa detecteze diferite tipuri de defecte, indiferent de locul acestora, de modul de tratare a neutrului, precum i scurtcircuite intre spirele aceleiai faze: in plus, nu impune compensarea defazajelor curenilor primari sau a rapoartelor de transformare a TC.

    Fig.15 Schema de conectare a proteciei REG 316*4 la un transformator

    Fig. 16. Caracteristica de acionare a proteciei difereniale longitudinale realizat cu RET 316*4

  • INSTALATII DE AUTOMATIZARE SI PROTECTIE A INSTALATIILOR ENERGETICE

    20

    BIBLIOGRAFIE

    Prezentul material este preluat i/sau prelucrat, pentru uzul studenilor, din urmtoarele cri:

    1. Asandei I., Protecia i automatizarea sistemelor energetice, Editura MATRIX, Bucureti, 2002;

    2. Rusu A. C., Potecii moderne din sistemul energetic, Editura Lucyd Serv Iai 2006

    3. Ivacu C., E.: Automatizarea i protecia sistemelor energetice, Editura Orizonturi Universitare, Timioara, 1999;

    4. Clin S., Mihoc D., Popescu S., Protecia prin relee i automatizri n energetic, EDP Bucureti 1979

    5. Badea I., Broteanu Gh., Chenzbraun I., Columbeanu P: Protecia prin relee i automatizarea sistemelor electrice, ET Bucureti 1973;

    6. Penescu, C., Calin, S., Protecia prin relee electronice a sistemelor electrice, Editura Tehnica, Bucuresti, 1969. Suciu, Iacob. Echipamente electrice.I.P.Timisoara,1978.

    7. Gheorghiu,N. Aparate si reele electrice.E.D.P.,Bucuresti,1971. 8. Matlac, I. Aparate electrice, Elemente de comutaie. Universitatea din

    Brasov,1971. 9. Cernat,M., Matlac,I. Aparate electrice. Universitatea din Braov, 1981. 10. Canescu,T.,s.a. Aparate electrice de joasa tensiune, ndreptar, Editura Tehnica,

    Bucuresti,1977. 11. Herscovici,B.,s.a. Aparate electrice de nalta tensiune, ndreptar, Editura Tehnica,

    Bucuresti,1978. 12. Hortopan Gh., Aparate Electrice, EDP, Bucureti, 1967,1972,1980; 13. Mira N., coordonator, Manualul de instalaii, Instalaii electrice i de

    automatizare, Ed. ARTECNO srl, Bucureti 2002; 14. Pop F., i colectiv, Proiectarea instalaiilor electrice de joas tensiune, IP Cluj-

    Napoca, 1990; 15. *** Schneider Electric, Manualul instalaiilor electrice, agrementat MLPAT

    conform cu CEI 364 i I.7-98. 16. Knies W., Schierac K. Electrische Anlagetechnik, Ed. Carl Hanser Verlag,

    Munich, Wien, 1991