probleme generale privind protecţia sistemelor electrice

8/18/2019 Probleme Generale Privind Protecţia Sistemelor Electrice

1/10

PROIECT DE LICENTA Curta Iacob AlinSectia: ELECTROENERGETICĂ 2009

PROBLEE GENERALE PRI!IND PROTEC"IA

SISTEELOR ELECTRICE

# Obiecti$ele %i%te&elor 'e (rotectie

O data cu dezvoltarea instalaţiilor electrice protejate şi a sistemelor energetice a avut loc perfecţionarea tehnicii protecţiei prin relee, elaborarea

unor noi principii de funcţionare a protecţiilor şi a unor noi tipuri de relee, care

să satisfacă cerinţele impuse de noul stadiu de dezvoltare a instalaţiilor

protejate.

Protecţia prin relee a unei instalaţii electrice este formată din totalitatea

aparatelor şi dispozitivelor destinate să asigure în mod automat deconectarea

instalaţiei în cazul apariţiei unui defect sau a unui regim anormal de

funcţionare, periculos pentru instalaţie; în cazul defectelor şi regimurilor

anormale care nu prezintă un pericol imediat, protecţia prin relee nu comandă

deconectarea instalaţiei, ci semnalizează apariţia regimului anormal.

Pentru lichidarea optima a defectelor, funcţionarea protecţiilor prin relee

trebuie să satisfacă o serie de performanţe ca

! rapiditatea,! selectivitatea,

! siguranţa,

! sensibilitateasi independenţa faţă de condiţiile e"ploatării.

#n structura sistemelor automate se înt$lneste o mare varietate de elemente

electrice si electronice de comutatie, utilizate la comutarea circuitelor electrice

în scopul realizarii comenzilor si a stabilirii, respectiv întreruperii curentului

electric în circuitele energetice.

%


2/10


2) Per*or&an+ele i&(u%e (rotec+iei %i%te&elor electrice

&e impune o serie de condiţii, dintre care cele mai importante sunt

selectivitatea, sensibilitatea, rapiditatea şi siguranţa în funcţionare

'eprezintă proprietatea unei protecţii de a deconecta numai elementul

(echipamentul, tronsonul) pe care a apărut defectul, restul instalaţiei

(sistemului) răm$n$nd sub tensiune.Protecţia trebuie să comande declanşarea

celor mai apropiate întreruptoare de la locul defectului.

#) Selecti$itatea:

&electivitatea se poate realiza pe baza de timp (prin temporizări), pe bază decurent sau prin direcţionare. #n funţie de particularităţile instalaţiei şi de

importanţa consumatorului se va adopta prioritatea între rapiditate şi

selectivitate.

Protecţiile trebuie să aibă proprietatea de a deconecta numai elementul în care a

apărut defectul, toate celelalte părţi componenete ale sistemului electric

răm$n$nd în funcţiune. Prin această alegere (selectare) a elementului defect,

din totalitatea elementelor care compun sistemul, se obţine întreruperea unuinumăr minim de consumatori, lichidarea defectului efectu$ndu!se astfel în

condiţii optime.

*e e"emplu, în cazul

sistemului electric din fig. %.+., un

scurtcircuit apărut în punctul

poate fi lichidat prin declanşarea

întrerupătoarelor % şi - , întruc$t

în acest mod este întreruptă

alimentarea defectului din toate

direcţiile. O asemenea lichidare

indică însă o funcţionare

neselectivă a protecţiei, deoarece o dată cu lichidarea scurtcircuitului a fost

întreruptă şi alimentarea cu energie electrică a consumatorului principal dinstaţia . Pentru o funcţionare selectivă, protecţiile reţelei vor trebui să comande

fig. %.+. &istem electric

/


3/10


declanşarea întrerupătoarelor % si / lichid$ndu!se astfel defectul prin

întreruperea alimentării punctului dinspre ambele centrale, însă păstr$ndu!se

continuitatea alimentării consumatorului principal din staţia , prin linia 0!+.

*upă cum se vede din acest e"emplu, pentru a asigura o funcţionare

selectivă protecţiile trebuie să comande declanşarea întrerupătoarelor celor mai

apropiate de locul defectului. 1ceastă regulă este generală.

2nele protecţii, prin însuşi principiul lor de realizare, pot acţiona numai

la scurtcircuite din interiorul zonei protejate. 1ceste protecţii posed$nd o

selectivitate absolută, se numesc protecţii absolut selective. 1lte protecţii,

datorită principiului lor de realizare pot acţiona şi la scurtcircuite din afara

zonei protejate (apărute pe elemente vecine ). 1ceste protecţii necesită măsuri

speciale (eventual combinarea cu alte protecţii) pentru a avea o funcţionare

selectivă.

2) Sen%ibilitatea

Protecţiile trebuie sa aibă proprietatea de a acţiona în cazul unor abateri cat mai

mici de le valoarea normală a mărimii fizice controlate. 1stfel, o protecţierealizată cu relee de curent va fi cu at$t mai sensibilă, cu c$t va acţiona la

abateri mai mici ale curentului faţă de valoarea normală pentru circuitul

respectiv. &ensibilitatea unei protecţii se apreciază printr!un coeficient de

sensibilitate.

Pentru protecţiile ma"imale, coeficientul de sensibilitate reprezintă

raportul dintre valoarea minimă a parametrului controlat, în cazul unui defect

metalic în zona protejată, şi valoarea parametrului respectiv la care are loc

acţionarea protecţiei.

3aloarea minimă menţionată apare atunci c$nd

a) defectul are loc la limita zonei protejate (în punctul cel mai depărtat de

sursa de alimentare);

b) tipul defectului conduce la cele mai mici valori ale parametrului

controlat (de e"emplu, pentru protecţiile ma"imale de curent

-


4/10


netemporizate, împotriva scurtcircuitelor polifazate, scurtcircuitul

bifazat este însoţit de cele mai mici valori ale curentului de defect);

c) înainte de defect, configuraţia reţelei şi situaţia generatoarelor şi a

transformatoarelor în funcţiune era de aşa natură, înc$t la apariţia

defectului rezultă un curent minim de scurtcircuit prin elementul

protejat, ceea ce înseamnă că înainte de defect elemetul protejat

funcţiona în regim minim.

Pentru protecţia ma"imală de curent, coeficientul de sensibilitate este dat

de relaţia

4 sens 5 pp sc

I

I min

(%./)

în care I min sc este valoarea efectivă minimă posibilă ! la un timp egal cu

timpul de acţionare al protecţiei 6 a componentei alternative a curentului, în

cazul unui scurtcircuit metalic în zona protejată;

I pp este valoarea curentului de pornire (de acţioanare) al protecţiei(curentul la care protecţia acţionează).

Pentru diferite tipuri de protecţii şi pentru diverse elemente protejate,

valorile coeficenţilor de sensibilitate sunt stabilite prin normativul în vigoare la

noi în ţară. 3alorile respective, de obicei cuprinse între %./7 şi /.7 sunt

supraunitare pentru a se asigura funcţionarea corectă a protecţiei chiar în cazul

scurtcircuitelor prin arc (care au loc în limitele zonei protejate), c$nd din cauza

rezistenţei arcului curenţii de scurtcircuit au valori mai mici dec$t cele

introduse în relaţia (%./).

&atisfacerea acestor valori impuse coeficenţilor de sensibilitate este în multe

cazuri dificilă, deoarece în reţelele moderne, cu linii de transport lungi şi

puternic încărcate în cazul unui defect depărtat de locul de instalare a protecţiei,

apărut în regim minim, curenţii de scurtcircuit pot fi mai mici dec$t curentul

normal de sarcină. #n asemenea cazuri, c$nd sensibilitatea nu pote fi asigurată

prin protecţii simple (cum sunt protecţiile ma"imale de curent), este necesră

+


5/10


instalarea unor protecţii cu filtre de componente simetrice etc., care pot deosebi

un regim de defect de regimul normal şi prin intermediul altor indici, nu numai

după indicele simplu al creşterii curentului.

,) Ra(i'itatea Protectia trebuie să acţioneze rapid pentru a limita

efectele termice ale curenţilor de scurtcircuit, scăderea tensiunii, pierderea

stabilităţii sistemului electric. 8impul de lichidare (eliminare) a unui defect se

compune din timpul propriu de lucru al protecţie ( 9,9/:9.9+ s), timpul de

temporizare reglat şi timpul de declanşare a întreruptorului ( 9,97...9,9 s),

pentru protectiile clasice timpul minim de deconectare din momentul apariţiei

scurtcircuitului va fi egal cu 9,9 ∞ ! este valoarea efectivă a curentului de scurtcircuit în regim staţionar;

t f ! timpul fictiv, în care un curent av$nd valoarea staţionară a

curentului de scurtcirciuit ar degaja aceeaşi cantitate de căldură ca şi

curentul respectiv de scurtcircuit, în timpul real de e"istenţă a acestuia;

6 constanta rezultată din calcul.

7


6/10


*acă secţiunea & SC obţinută este mai mare dec$t secţiunea & n rezultată din

calculul efectuat pentru regimul de funcţionare normală, evident nu va fi

raţională mărimea secţiunii & n p$nă la valoarea & SC , întruc$t

conductoarele trebuie dimensionate pornind de la condiţiile normale de

funcţionare, pe baza densit?ţii economice de curent sau a altor criterii. Pentru

asigurarea stabilităţii termice, trebuie ca din relaţia (%.%.) să se determine

timpul fictiv pentru care valoarea & sc se reduce p$nă la valoarea & n . Prin

această reducere a duratei de lichidare a defectului, deci prin mărirea rapidităţii

de acţionare a protecţiei, se obţine o soluţie incomparabil mai avantajoasă dec$t

prin mărirea secţiunii conductoarelor de la valoarea & n la valoarea & SC .

&căderea tensiunii în urma apariţiei unui scurtcircuit poate provoca dificultăţi

în desfăşurarea regimului de autopornire a motoarelor electrice, în cazul c$nd

durata defectului! deci şi a scăderii tensiunii! se prelungeşte. uplul motor m

al motoarelor asincrone este proporţional cu pătratul tensiunii aplicate 2,respectiv

m 512 /

(%./)

2nde 1 este un factor de proporţionalitate; motorele asincrone îşi

micşoreză deci turaţia la scăderea tensiunii. u c$t creşte timpul de lichidare a

unui scurtcircuit, apărut de e"emplu în punctul , pe una din liniile alimentate

de o centrală electrică (fig %.%.) ,

fig %.%. &chema unei linii alimentată de o centrală electrică


7/10


respectiv cu c$t creşte durata menţinerii unei tensiuni scăzute la barele

centralei, cu c$t motoarele asincone ale serviciilor interne îşi micşoreză mai

mult turaţia sau se opresc complet; la revenirea tensiunii, după lichidarea

defectului, este posibil ca autopornirea să nu aibă loc, deoarece curentul de

autopornire este at$t de mare înc$t determină în reţeaua de alimetare a

motoarelor căderi de tensiune mai mari dec$t -9@ din tensiunea nominală şi ca

urmare tensiunea la bornele motoarelor va putea deveni insuficientă pentru

asigurarea autopornirii (la tensiuni mai mici dec$t nfluenţa timuplui de lichidare a scurtcircuitelor asupra stabilităţii dinamice a

sistemului electric rezultă din analiza caracteristicilor puterii în funcţie de

unghi.

fig. %./. aracteristicile puterii în funcţie de unghiul B dintre rotoarele

generatoarelor echivalente centralei şi sitemului &

#n fig. %./. sunt reprezentate caracteristicile puterii în funcţie de unghiul

B dintre rotoarele generatoarelor echivalente centralei şi sitemului &, pentru

regimul normal (curba >), pentru regimul de scurtcircuit (curba >>) şi pentru

regimul de după lichidarea defectului (curba >>> ); caracteristicile se referă la

cazul a două linii paralele (fig. %.-.), alimentate de la ambele capete de

sistemele şi &, iar scurtcircuitul apare pe linia 0% în punctul .


8/10


fig. %.-. &chema a două linii paralele alimentate de la ambele capete de

centrala şi sistemul &

u c$t defectul este lichidat mai rapid, cu atat este mai mic unghiul B decl

corespunzător trecerii de pe caracteristica >> pe caracteristica >>>, prin urmarecreşte aria de fr$nare 1 fr , reduc$ndu!se aria de accelerare 1 acc şi

îmbunătăţindu!se astfel condiţiile de menţinere a stabilităţii. *impotrivă,

înt$rzierea lichidării defectului poate provoca pierderea stabilităţii sistemului şi

ieşirea centralelor din sincronism, în cazul c$nd mărirea unghiului B decl

conduce la o suprafaţă de accelerare mai mare dec$t suprafaţa de fr$nare ce

răm$ne disponibilă.

*urata limită de lichidare a scurtcircuitelor, pentu asigurarea menţinerii

stabilităţii, impune de regulă cea mai severă condiţie de rapiditate a acţionării

protecţiei. 8impul de lichidare a unui defect se compune din timpul de

acţionare al protecţiei şi din timpul propriu de declanşare al întrerupătorului.

8impul minim de acţionare al unei protecţii este de apro"imativ 9.9/!9.9+

CsD,iar timpul propriu minim de declanşare al unui întrerupător este de

apro"imativ 9.97!9.9 CsD. 1stfel, timpul minim realizabil pentru lichidareaunui defect este de circa 9.9< ! 9.%9 CsD.

*upa cum se vede, protectile prin relee pot asigura si cele mai severe conditii

de rapiditate. >mpuse in retelele de tensiuni inalte

-) Si.uranta

&iguranţa funcţionării unei protecţii este reprezentată de calitatea acesteia de a

acţiona totdeauna c$nd este necesar (siguranţa acţionării 6 absenţa refuzurilor

E


9/10


în funcţioanare) şi numai c$nd este necesar (siguranţa neacţioan?rii 6absenţa

acţion?rilor false, intempestive, c$nd nu au apărut defecte în instalaţia electrică

protejată ).

Pentru obţinerea siguranţei în funcţionarea protecţiei sunt necesre două

condiţii protecţia s? fie corect proiectată (din punctul de vedere al schemelor,

al calcului valorilor de reglaj etc. ) şi echipamentului, respectiv absenţa

defecţiunilor acestui echipament).

#ntruc$t probabilitatea defecţiunilor echipamentului creşte cu numărul de

elemente componente, este indicat ca asigurarea performanţelor de funcţionare

cerute să se facă cu un număr c$t mai mic de elemente componente; o

asemenea soluţie, obţinută în cadrul proiectării, reprezintă o variantă optimă

din punctul de vedere al siguranţei.

#ntruc$t siguranţa lichidării unui scurtcircuit depinde şi de funcţionarea

corectă a întrerupătoarelor, schemele de protecţie conţin şi relee suplimentare

care transmit comenzi de declanşare a unor întrerupătoare vecine în cazul

blocării întrerupătorului aferent protecţiei.

, Protectii 'e ba/a 'e re/er$a 1 i auiliare

0a proectarea protecţiei prin relee a unei instalaţii electrice trebuie sa se

prevada şi eventualitatea ca instalaţia respective să nu fie deconectată de la

restul sistemului electric în cazul aparitiei unui defect în interiorul instalaţiei.

1cest lucru se poate întimpla fie din cauza blocării întrerupătorului de

acţionare al protecţiei instalatiei respective, fie din cauza blocării

întrerupătorului prin care instalaţia este legată de restul sistemului electric.

#n aceste cazuri, defectul ar continua să fie alimentat şi s!ar agrava. Pentru a

se evita acest lucru este necesar ca pe lînga protecţia de bază a instalaţiei să se

prevadă şi o protecţie de rezerva, care să acţioneze în cazul refuzului protecţiei

de bază. *acă intrerupătorul instalaţiei protejate a rămas blocat, defectul

trebuie lichidat de protecţiile elementelor vecine, care vor comanda declanşareaintrerupătoarelor acelor elemente, întrerupînd astfel alimentarea defectului din

F


10/10


toate directiile; protecţiile elementelor vecine reprezinta protecţii de rezervă

pentru elemental al cărui întrerupator este blocat.

Protectia de bază a unei instalaţii este protecţia destinată să actioneze cu

rapiditate la defecte în limitele instalaţiei protejate. Protecţia de rezervă a celei

instalaţii este aceea care înlocuieşte acţiunea protecţiei de bază, în cazul unui

refuz de acţionare al acesteia (al protecţiei de bază), sau în cazul în care ea se

gaseşte în revizie sau în reparaţie. Protecţia de rezerva trebuie sa acţioneze cu

un timp mai mare decît protecţia de bază, pentru a permite lichidarea defectelor

de către aceasta, în caul în care functionează correct.

'ezerva unei protecţi de bază poate fi asigurată în trei moduri principale

a. de protecţia elementului vecin (în acest caz fiind denumita rezerva

de distanţă)

b. de o protecţie suplimentară, instalată pe acelaşi element(fiind

denumită rezerva locală);

c. de un releu suplimentar introdus în schema protecţiei elementului

vecin, care însa comandă declanşarea întrerupătorului considerat

(fiind denumită rezervă prin întrerupător).#n unele cauri, protecţile de bază nu acoperă întreaga lungime a circuitului

protejat, e"istînd porţiuni în care defectele apărute nu sînt sesizate de către

aceste protecţii. Porţiunile respective se numesc zone moarte ale protecţiei de

bază. Pentru a se asigura şi protecţia împotriva defectelor care pot aparea în

zonele moarte, se instaleaza protecţii auxiliare. #n unele cazuri, rolul acestora

poate fi îndeplinit de protecţia de rezervă a lelmentului respective.

%9

probleme generale privind protecţia sistemelor electrice

Documents