72

Capitolul 8

PROTECIA LINIILOR DIN REELELE CU

ALIMENTARE DE LA DOU CAPETE

8.1. Defecte posibile i protecii prevzute Ca i n cazul reelelor cu alimentare de la un capt i n reelele alimentate de la dou capete

sunt posibile aceleai defecte (vezi subcapitolul 7.1.). n cazul liniilor cu alimentare de la dou capete proteciile trebuie prevzute la ambele capete

ale liniei. Se prevd deci, protecii maximale de curent direcionale temporizate i secionri de curent direcionale mpotriva scurtcircuitelor polifazate, respectiv protecii maximale homopolare direcionale mpotriva scurtcircuitelor cu punere la pmnt.

8.2 Protecia maximal de curent direcional temporizat Se consider o reea radial, format din mai multe tronsoane i alimentat de la dou capete,

fig.8.1, prevzut cu o protecie maximal de curent temporizat.

L9

7 L4

L88

ESEEESEEA

A 1 L1

L52

B3 L2

L64

C5

L7

L36

D

t t1

t2

t3

t4

t5

t6t8

t7

a)

b)

c)

0

Fig.8.1. Reea radial, alimentat de la dou capete. a) reeaua; b) diagrama de temporizare pentru alimentarea dinspre A; c) diagrama de temporizare la

alimentare din E.

Dac linia ar fi alimentat numai din staia A diagrama de temporizare ar fi cea din fig. 8.1.b, iar dac ar fi alimentat numai din staia E, ar fi diagrama din fig.8.1.c. Dac ns, exist ambele surse (din A i din E), temporizrile alese n ipoteza unei singure alimentri nu mai asigur o protecie selectiv. ntr-adevr, oriunde s-ar produce un defect, toate proteciile fiind parcurse n acest caz de curentul de scurtcircuit, defectul va fi izolat dinspre ambele surse prin acionarea proteciilor cu timpii cei mai scuri (proteciile notate cu 2 i 7 n fig.8.1), deci vor avea loc acionri neselective.

ntr-o asemenea reea, pentru realizarea selectivitii proteciei este necesar introducerea unui nou criteriu pe baza cruia s se produc declanarea, n afara criteriului temporizrii; acesta este sensul n care circul curentul sau mai corect puterea spre defect, realizndu-se o protecie maximal de curent direcional temporizat.

O astfel de protecie acioneaz cu temporizarea reglat numai dac curentul depete o anumit valoare reglat i dac puterea circul ntr-un anumit sens pozitiv admis. Se consider de obicei sensul pozitiv (de acionare al releului) cel care corespunde circulaiei puterii de la bare spre linie (vezi sgeile din fig.8.1.a.).Proteciile 1 i 8 care au timpii cei mai lungi de acionare nu

73

trebuie prevzute cu elemente direcionale, ele fiind totdeauna ultimele care acioneaz. Din analiza configuraiei reelei se poate stabili la care protecii sunt necesare elementele direcionale. Se observ deci c folosirea releelor direcionale permite realizarea proteciei unei linii alimentat de la dou capete ca i n cazul reelelor radiale alimentate de la un capt, adic adoptarea unor temporizri n trepte cresctoare spre cele dou surse.

Schema principial monofilar a proteciei maximale de curent direcional temporizat este dat n fig. 8.2. Dup cum se observ din figur, pentru ca releul de timp 3 s fie excitat i s comande, dup timpul reglat, declanarea ntreruptorului I, este necesar ca att curentul s depeasc valoarea reglat prin releul de curent 1 (elementul de pornire al schemei), ct i ca sensul de scurgere a puterii de scurtcircuit s fie de la bar spre linie i deci releul direcional 2 (element de selecie) s-i nchid contactele.

-

-

+ + +

1 2 3 4I T

de la TT

I

* *

-

Fig.8.2. Schema principial monofilar a unei protecii maximale de curent direcionale Fa de releul direcional se impun urmtoarele condiii: releul direcional trebuie s acioneze rapid la apariia scurtcircuitului (mai rapid dect releul

maximal de curent); releul direcional trebuie s revin lent la dispariia scurtcircuitului (mai lent dect releul de

curent). Dac aceste condiii nu sunt ndeplinite, pot surveni deconectri neselective, ca de exemplu, n

cazul reprezentat n fig.8.3, cnd sensul puterii (a) prin protecia 3 n regim normal difer, din cauza sarcinii mari S, de sensul (b) la un scurtcircuit n K pe L1.

S1 S2A

1

L1

K 2

B

3

(a)(b)

4

S

Fig.8.3. Cazul unei posibile deconectri neselective

La apariia scurtcircuitului n K, dac releul direcional nu este suficient de rapid, el nu blocheaz circuitul operativ al ntreruptorului 3, care va fi nchis de releul de curent maxim din 3 iar dac releul direcional este prea rapid la revenire, el deblocheaz circuitul operativ nainte ca el s fi fost ntrerupt de releul de curent maxim. n ambele cazuri, ntreruptorul 3 se va deconecta n mod nedorit (neselectiv). La avarii apropiate, tensiunea scade mult, ns nu sub 1% din valoarea normal, din cauza arcului de la locul de scurtcircuit. Aceast tensiune trebuie s fie suficient pentru

74

acionarea releului. Releele direcionale trebuie deci s fie foarte sensibile. Viteza de acionare a releului depinde de valoarea tensiunii. Deoarece viteza trebuie s fie mare la apariia scurtcircuitului i mai mic la dispariia lui, este bine ca bobina de tensiune a releului s fie alimentat: la apariia scurtcircuitului cu tensiunea normal dinainte de scurtcircuit, iar la dispariia scurtcircuitului cu tensiunea mic din timpul scurtcircuitului.

Acest efect de inerie, sau de memorizare, se realizeaz completnd bobina L a releului, (fig.8.4) cu capacitatea C n rezonan cu ea la 50 Hz i slbind mult legtura sistemului rezonant cu tensiunea exterioar Ur cu ajutorul unei rezistene mari R.

n regim staionar, prin R trece numai un curent foarte mic, din cauza rezonanei. De aceea, U Ur. La scderea brusc (sau la anularea) tensiunii Ur, tensiunea U se menine pn nu se disipeaz energia nmagazinat n circuitul oscilant. Rezistena R fiind foarte mare, iar pierderile din circuitul oscilant fiind mici, energia nmagazinat se poate menine cteva perioade, rezultnd scderea lent a tensiunii U i a strii de magnetizare, prin oscilaii periodice amortizate, avnd frecvena proprie a curentului oscilant, deci 50 Hz.

U

Ur

R L

C

Fig.8.4. Circuit de ntrziere pentru bobina de tensiune

Curenii de pornire ai releelor de curent din cadrul proteciilor maximale direcionale se determin cu relaiile din cadrul paragrafului 7.2.2., n funcie de curenii de sarcin maxim ce curg prin elementul protejat. n unele reele, datorit sarcinilor importante i lungimii mari a liniilor, este posibil s nu se obin sensibilitatea necesar. n asemenea cazuri, pentru mbuntirea sensibilitii se poate prevedea blocajul de tensiune minim, fig.8.5.

-

+

I T

+ + +

U IKA. n cazul general relaia (8.4) devine: I K Ipp sig sc exts ==== . .max (8.5)

Soluia este mai economic dect prima dar, mai insensibil. i n cazul secionrilor de curent pe liniile cu alimentare bilateral apar zone moarte ca i n

cazul secionrilor de pe liniile alimentate de la un singur capt i ca urmare niciodat secionarea nu va putea constitui unica protecie a unei linii.

76

8.4. Principiul constructiv i funcional al releelor direcionale

8.4.1. Probleme generale Releele direcionale trebuie s fie alimentate att cu curentul ct i cu tensiunea din circuitul

de protejat, deci sunt relee cu dou mrimi de intrare. Ele pot compara amplitudini sau defazaje. Pornind de la relaiile (1.1) i (1.2), dac releul direcional este realizat pe principiul

comparrii amplitudinilor, condiia de funcionare este: B B1 2 , (8.6)

adic: AA

C CC C

1

2

4 2

1 3

, (8.7) sau:

C AA

C C AA

C1 12

2 31

24++++ ++++ , (8.8)

iar dac este realizat pe principiul comparrii defazajelor, condiia de funcionare este: arg. arg. arg.B B B1 2 1 pipipipi . (8.9)

adic: pipipipi1 2 1 . (8.10) Condiia limit de funcionare: 1 2==== , (8.11) sau:

B kB1 2==== , (8.12) unde factorul numeric k este:

kC A C AC A C A

====

++++

++++1 1 2 2

3 1 4 2, (8.13)

i:

(((( ))))AA

C k CC k C

1

2

2 4

1 3

++++

++++

( ). (8.14)

Din punct de vedere constructiv se cunosc relee direcionale de inducie cu rotor cilindric, relee direcionale electrodinamice, relee direcionale electronice (cu tranzistoare sau cu circuite integrate), ntlnite n literatura de specialitate sub denumirea de relee cu comutaie static i relee (protecii) direcionale numerice.

8.4.2. Releul direcional de inducie cu rotor cilindric Releul direcional de inducie cu rotor cilindric, fig.8.7, este format dintr-un circuit magnetic

exterior 1, cu un numr par de poli apareni (de obicei patru poli), dintr-un miez cilindric interior de fier 2, necesar pentru micorarea reluctanei circuitului magnetic total i dintr-un rotot cilindric 3, executat din aluminiu sau cupru, ai crui perei laterali sunt aezai ntre miezul interior i polii circuitului magnetic. nfurarea de curent se plaseaz pe cei doi poli fa n fa, iar nfurarea de tensiune pe jugul circuitului magnetic. Contactul mobil 4 se fixeaz, printr-o prghie, pe rotor i la acionarea releului el va nchide contactul fix 5.

77

Ir

U

Ur

IUU

Fig.8.7. Schema electric i circuitul magnetic al releului direcional de inducie cu rotor cilindric

Contactul releului este normal deschis, fiind meninut n aceast poziie de un resort. Releele cu scheme electrice ca cea din fig.8.7. sunt releele de tip I.M.B. i R.B.M. de fabricaie sovietic, mult rspndite n schemele de protecie a reelelor, staiilor sau centralelor din ara noastr.

Curenii Ir i Iu din bobinele de curent i de tensiune ale releului, dau natere respectiv fluxurilor I i U decalate n spaiu cu 900 i defazate n timp cu unghiul . Ca la orice releu de inducie, funcionarea releului se bazeaz pe aciunea reciproc dintre fluxurile magnetice variabile n timp i curenii indui de acestea n elementul mobil al releului (rotorul).

Cuplul activ al releului este: M k I U==== sin , (8.15)

unde: este unghiul dintre cele dou fluxuri; K este factor de proporionalitate, care depinde de caracteristicile constructive ale releului. Pn la saturaia circuitului magnetic se poate considera:

i r

U Ur

ur

k I

k I k UZ

k U

====

==== ==== ====

1

2 2 3, (8.16)

unde: Zu este impedana nfurrii de tensiune; k1, k2 i k3 sunt coeficieni de proporionalitate, care depinde de caracteristici constructive. nlocuind n (8.15) valorile fluxurilor din relaia (8.16) i considernd frecvena constant, se obine expresia cuplului activ al releului:

M kU Ir r==== sin . (8.17) Diagrama fazorial a mrimilor aduse la releu este dat n fig. 8.8. Unghiul dintre tensiunea

Ur i curentul Ir este r, iar ntre Ur i curentul IU prin bobina de tensiune este u unde: u u

u

arctg XR

==== , (8.18) Xu, Ru fiind parametrii bobinei de tensiune a releului.

900

u r

U

IU

Ir

Ur

Fig.8.8. Diagrama fazorial a releului direcional de inducie

78

Se introduce notaia: ==== 900 u , (8.19)

unghiul fiind denumit unghi interior al releului. Din fig.8.8.se observ c exist urmtoarea relaie:

==== u r , (8.20) deci:

(((( ))))[[[[ ]]]]M kU Ir r r==== ++++sin 90 , (8.21) sau:

(((( ))))M kU Ir r r==== ++++cos . (8.22) Expresia (8.22) reprezint expresia cuplului activ al releelor direcionale.

Se observ c cuplul activ al releului, la valori constante ale mrimilor Ir i Ur este maxim cnd ( ) r ++++ ==== 0 . n funcie de unghiul de defazaj r, cuplul activ poate fi pozitiv sau negativ, deci rotorul se rotete ntr-un sens sau n sens contrar. La punerea n funcie a proteciei care folosete relee direcionale, se determin prin schema de conectare sensul n care se rotete rotorul pentru un anumit sens al puterii. De reinut, c bornele nfurrilor de curent i de tensiune ale releelor direcionale sunt marcate, deci primesc convenional o polaritate pentru a putea fi corect conectate n schem.

Dac M >>>> 0, releul i nchide contactele, iar dac M

79

4 21

5

7

r

b

a 6

8

Fig. 8.9 Schema de principiu a releului IMB - 171 / 1; a - bobina de curent; b - bobina de tensiune; R - rezisten adiional

Spre deosebire de releele maximale la care pentru a se produce acionarea este necesar i suficient ca un singur parametru (curentul de exemplu) s depeasc o anumit valoare, la releele direcionale concur trei parametri (tensiunea, curentul i unghiul dintre acestea) pentru a se obine cuplul necesar acionrii. Orientarea corect a releului direcional este cu att mai sigur cu ct cuplul activ este mai mare. Deci trebuie ca M kSr==== s fie maxim, adic (((( ))))S U Ir r r r==== ++++cos s fie maxim, de unde rezult condiia (((( ))))cos ++++ ====r 1 , sau: + r = 0.

Deci: ==== r . (8.28) Valoarea necesar a acestui cuplu nu se regleaz n exploatare, ci pe cale constructiv se caut

ca ea s fie ct mai mare (micorndu-se frecrile), pentru ca s se obin o sensibilitate ct mai mare a releului.

n caz de scurtcircuit, unul dintre cei trei parametri (tensiunea) scade foarte mult, deci i cuplul scade; acesta este cu att mai mare cu ct cos(r + ) este mai mare. Diversele tipuri constructive, prin care se obin diferite unghiuri tind tocmai s realizeze, n funcie de condiiile reelei, un cos(r + ) mare, adic condiia (8.28).

Releele de inducie direcionale au timpi de acionare foarte scuri, de exemplu releele IMB acioneaz n 0,04 s la o putere de pornire de cinci ori mai mare dect cea nominal.

Releele direcionale se pot realiza: - cu un element, care au cuplul activ:

(((( ))))M kU Ir r r==== ++++cos ; (8.29) - cu dou elemente, avnd cuplul activ:

(((( )))) (((( ))))M k U I k U Ir r r r r r==== ++++ ++++ ++++ cos cos (8.30) - cu trei elemente, avnd cuplul activ:

(((( )))) (((( ))))M k U I kU Ir r r r r r==== ++++ ++++ ++++ cos . . . cos (8.31) Ultimele dou variante se folosesc pentru realizarea proteciei cu un singur releu direcional

de putere trifazat. Releele cu dou i cu trei elemente, pot fi realizate, n principiu prin nsumarea mecanic a componentelor cuplului M sau prin nsumarea fluxurilor magnetice.

Sensibilitatea releelor direcionale Convenional, sensibilitatea releului direcional de putere se caracterizeaz prin valoarea

minim a puterii de pornire care corespunde unghiului r = - , i are valoarea: S M

kprD

==== (8.32) pentru c:

(((( ))))S U IM

kpr pr prD

r

==== ====

++++cos (8.33)

80

Pentru a se asigura sensibilitatea suficient a releului n diferite reele, releele se realizeaz cu diferite unghiuri interioare. Sunt dou metode pentru modificarea unghiului u (respectiv ):

1.n serie cu nfurarea de tensiune a releului se leag un condensator C, folosit atunci cnd este necesar reducerea sensibil a unghiului u, adic mrirea unghiului ;

2.n serie cu nfurarea bobinei de tensiune a releului se leag o rezisten neinductiv suplimentar Rsup1, metod folosit atunci cnd este necesar o reducere mai puin important a unghiului u.

Sensibilitatea releelor direcionale poate fi apreciat prin lungimea zonei moarte a acestor relee. Zona moart este poriunea din linia protejat n limitele creia, n cazul unui scurtcircuit metalic, protecia nu acioneaz, din cauza valorii reduse a puterii (tensiunii) la bornele releului direcional. Zona moart se gsete n apropierea locului de montare a proteciei. Cu cr releul este mai sensibil, cu att lungimea zonei moarte este mai redus. Cele mai reduse zone moarte sunt caracteristice releelor electronice, n timp ce la releele direcionale de inducie zona moart cuprinde cteva procente din lungimea liniei protejate. 8.4.3. Caracteristicile de funcionare ale releelor direcionale de putere

Releul direcional de putere se caracterizeaz prin puterea minim la care el acioneaz S U Ir r r r==== ++++cos( ) , respectiv prin puterea de pornire:

(((( )))) (((( ))))S U IM

kpr r r prD

r

==== ====

++++cos (8.34)

n aceste expresii Ur, Ir i r sunt mrimi variabile. Pentru a scoate n eviden felul n care acioneaz releele atunci cnd una dintre aceste mrimi variaz ntre limite largi, se construiesc curbe corespunztoare, numite caracteristicile releelor. Caracteristicile de funcionare ale releelor delimiteaz zona de acionare de zona de blocare.

Caracteristicile experimentale au o deosebit valoare, pentru c expresiile matematice nu in seama de unii factori i, n primul rnd, de starea sistemului magnetic al releului. Se deosebesc urmtoarele caracteristici ale releului:

a) Caracteristica volt - amper sau caracteristica tensiune - curent fig.8.10 care reprezint variaia Upr = f(Ir), pentru r = constant.

Upr [V]

a

b

Upr.min

Ir [A]

r= ct

Fig.8.10. Caracteristica tensiune - curent a unui releu direcional: a - curba teoretic, trasat dup relaia (8.34); b - curba real, obinut pe cale experimental.

Din relaia (8.27) considernd r = ct., se obine dependena dintre tensiunea minim Ur min pentru pornirea releului i curentul prin releu Ir:

U f I MkIpr r

D

r r

==== ====

++++( )

cos( ) . (8.35) Caracteristica b arat c, ncepnd de la o valoare oarecare a curentului Ir, tensiunea Upr nu se

mai micoreaz, adic releul are o tensiune minim de pornire Upr.min. Aceasta se explic prin faptul c, dup saturaia fierului din circuitul magnetic, creterea

curentului Ir nu produce practic o cretere a fluxului magnetic.

81

b)Caracteristica unghiular reprezint funcia S U I fpr r r pr r.min ( ) ( )==== ==== pentru Ir = const., sau Upr = f(r) pentru Ir = constant. (8.36) tiind c: S U Ipr r r==== , (8.37)

este puterea la bornele releului, atunci puterea aparent de pornire minim necesar la bornele releului pentru ca acesta s porneasc va fi:

S U Ipr r r.min min( )==== , (8.38) adic, din (8.27) rezult:

S Mkpr

D

r.min

cos( )==== ++++ (8.39) sau notnd:

Mk

SD ==== 0 , (8.40) rezult:

S Sprr

.mincos( )==== ++++

0

, (8.41) care definete caracteristica unghiular a releului direcional Spr.min = f(r), pentru Ir = constant.

Caracteristicile unghiulare se construiesc n sistem de coordonate rectangulare (fig.8.11) sau polare (fig.8.128.15).

c a b c a b

r0-r -90 -45 0 +45 +90 +135

UprI

r = ct

Fig. 8.11. Caracteristici unghiulare ale unui releu direcional

n fig. 8.11. sunt reprezentate caracteristicile unghiulare Upr = f(r) pentru Ir constant, pentru trei tipuri de relee: wattmetrice cu = 00(a), varmetrice cu = -900(b) i mixte cu = 450 (c).

Caracteristica unghiular Spr.min = f(r) n coordonate polare reprezint de fapt caracteristica de acionare a releului n planul complex al puterilor (i n cel al impedanelor).

Din relaia (8.41) rezult c: (((( ))))S Spr r0 ==== ++++.min cos (8.42)

Dar n planul complex al puterilor, vectorul complex: (((( ))))S U Ipr r r.min min====

face cu axa real unghiul r (fig.8.12).

82

+j

+

Ir

Ur

Spr

rr

Fig.8.12. Caracteristica unghiular a releului direcional

Pentru a obine caracteristica de acionare Spr.min = f(r) definit de (8.41) trebuie ca prin origine s se duc o dreapt care face unghiul cu axa real i pe dreapt, la distana S0 de origine, s se traseze o perpendicular. Aceast perpendicular (dreapta MN din fig. 8.13 reprezint locul geometric al vrfurilor tuturor vectorilor compleci Spr.min, pentru c pentru toi vectorii compleci cu vrful pe dreapta are loc relaia (8.41). Deci, n form complex, ecuaia dreptei MN este:

[[[[ ]]]] (((( ))))[[[[ ]]]]Re Re.min min==== ==== ====S e U I e Spr j r r j 0 (8.43) +j +j

0

S0

r

M

N

Ur +

S pr.min

+

(90-)=u

b.a.

Fig.8.13. Caracteristica unghiular a releului direcional cu = 450: a - caracteristica exact; b - caracteristica aproximativ

Dreapta MN reprezint caracteristica de acionare a releului n planul complex al puterilor, definind condiiile de acionare ale releului direcional. Pentru fiecare valoare a unghiului r, releul acioneaz dac:

S Spr pr .min (8.44) deci, dac vrful vectorului complex, Spr, se afl n poriunea haurat numit zona de acionare.

Pentru o anumit valoare Spr, din caracteristica de acionare se stabilete gama unghiurilor r, pentru care avnd loc relaia (8.43) releul acioneaz.

Din relaia (8.22) se obine: (((( ))))M kU I k U I

k U I K P K Qr r r r r r r

r r r r r

==== ====

====

cos cos sin sin cos cossin sin

1 2

(8.45)

(n care K1 = kcos i K2 = ksin) deci, releul este sensibil att la variaiile puterii active, ct i la cele ale puterii reactive. Pentru c MD i S Mk

D0 ==== au valori foarte reduse, se consider practic S0 = 0

i caracteristica aproximativ are aspectul din fig.8.13.b. Pentru = 0 (u = 900), deci un releu cu rezistena bobinei de tensiune neglijabil n raport cu

reactana, rezult din relaia (8.22): M kU I KPr r r r==== ====cos (8.46)

deci, releu de putere activ, caracteristica exact respectiv aproximat fiind date n fig.8.14.a respectiv 8.14.b.

83

S0

S pr.min

+j

+

r+

+j

0

a.... b.

Fig.8.14. Caracteristica unghiular a releului direcional cu = 00: a - caracteristica exact; b - caracteristica aproximativ

Pentru un releu cu = 900 (u = 00), (fig.8.15) adic un releu cu reactana bobinei de tensiune neglijabil fa de rezistena sa, (lucru ce se obine practic prin compensarea reactanei bobinei printr-o capacitate legat n serie) rezult din relaia (8.22):

M kU I kU I kQr r r r r r r==== ++++ ==== ==== cos( ) sin 900 (8.47) deci, un releu de putere reactiv. Caracteristica lui exact este cea din fig.8.15.a., iar cea aproximativ n fig.8.15.b.

rS

r0

Sr0

++++

++++j

a.... b.... Fig.8.15. Caracteristica

unghiular a releului direcional: cu = 900: a - caracteristica exact; b - caracteristica aproximativ

Avantajele proteciei maximale de curent direcionale sunt: selectivitate n reele electrice cu dubl alimentare; sensibilitate, putnd asigura i protecia de rezerv la distan pentru tronsoanele din aval. Dezavantajele acestei protecii pot fi rezumat la: timpi de funcionare relativ mari n special pentru tronsoanele din apropierea surselor, mai

ales dac linia are multe tronsoane; existena zonelor moarte pentru defectele din imediata apropiere a locului de montare a

proteciei.

8.4.4. Releul direcional cu comutaie static, RDC3 Releul direcional cu comutaie static, RDC3, fabricat la ICEMENERGE - Bucureti, este un

releu direcional electronic realizat pe principiul comparrii valorilor absolute ale sumei: U kI Ur r1 ==== ++++ , (8.48)

i a diferenei: U kI Ur r2 ==== , (8.49)

unde Ir i Ur sunt curentul, respectiv tensiunea aduse la releu. Semnul funciei: M U U==== 1 2 (8.50)

84

este determinat de valoarea lui (((( ))))cos r ++++ - n care r este unghiul de defazaj ntre Ur i Ir, iar este unghiul interior al releului.

Deci, releul RDC3 asigur controlul defazajelor prin compararea unor amplitudini. Posibilitatea controlului defazajelor prin compararea amplitudinilor unor mrimi, rezult din

fig.8.16a8.16.h, din care se observ c: pentru r < 900 exist relaia: U U1 2 (8.51)

pentru 900 < r < 2700 exist relaia: U U1 2 , (8.52)

pentru r = 900 exist relaia: U U1 2==== , (8.53)

Relaiile (8.518.53) sunt valabile indiferent de valoarea amplitudinii lor Ur i kIr .

kIr

kIr

kIr

kIr kIr

kIr

kIr

kIr

U2 U1

Ur

r < 900 r900

r > 900r > 900 r = 900 r = 90

0

U2U2 U2

U2

U2U2U2

U1 U1 U1

U1U1U1

U1

Ur

Ur

Ur

Ur

Ur

Ur

Ur

b.a. c. d.

e. f. g. h.

Fig.8.16. Diagrame fazoriale: a, b, c pentru r < 900; d, e, f pentru r > 900; g, h pentru r = 900;

a, d, g - Ur > kIr; b, h - Ur < kIr; c,f - Ur = kIr.

Releul RDC este realizat astfel nct s acioneze cnd: r < 900 i U U1 2 (8.54)

s fie la limita de acionare pentru: r = 900 i U U1 2==== (8.55)

i s fie blocat cnd au loc relaiile (8.56): 900 < r < 2700 respectiv U U1 2 (8.56) Elementele componente ale releului RDC sunt: elementul de defazare i nsumare fazorial (transformatoare de cureni i de tensiune cu

cte dou secundare); amplificator detector de polaritate; un Trigger - Schmidt; un circuit pentru meninerea constant a tensiunii de alimentare a amplificatorului; elementul de ieire (un releu intermediar RI - 5). Schema de principiu a releului este cea din fig.8.17 din care se observ c RDC este un releu

monofazat.

85

EPS

TCA

Ir

*

* * *

*

* *

*

*

TCA2TTA

Ur

Fig.8.17. Schema de principiu a releului RDC.

Transformatoarele auxiliare de curent TCA1 i TCA2 au miezuri de construcii diferite; miezul transformatorului TCA1 are ntrefier (ceea ce determin o defazare nainte a tensiunii obinute la bornele bobinajului secundar, n raport cu curentul din bobinajul primar), iar miezul transformatorului TCA2 este de construcie obinuit, fr ntrefier; diferena fazorial a tensiunilor obinute la bornele secundare ale celor dou transformatoare reprezint tensiunea kIr aplicat releului, defazat n urma curentului Ir cu un unghi (unghiul sensibilitii maxime).

Prin comutri care modific amplitudinile tensiunilor secundare ale acestor transformatoare se pot obine diferite unghiuri : 300, 450, i 1100 capacitiv care determin caracteristicile de acionare din fig.8.18 a, b, i c avnd n vedere c fazorul Ir are o direcie perpendicular pe caracteristic atunci cnd defazajul dintre Ur i Ir este egal cu unghiul sensibilitii maxime; zonele de acionare sunt cele haurate.

Primarele transformatoarelor TCA1 i TCA2 sunt alimentate din secundarul transformatorului de curent al fazei protejate.

900Ir

Ir

Ir

UrUrUr

300

600

450

200700

1100 200

Fig. 8.18. Caracteristicile de acionare ale releului RDC: a) = 300 , b) = 450; c) = 1100

Transformatorul TTA are o nfurare primar alimentat cu tensiunea Ur din circuitul de protejat i dou nfurri secundare, egale ntre ele i ale cror tensiuni sunt proporionale i n faz cu tensiunea primar.

nfurrile secundare ale transformatoarelor TC1, TC2 transformatorului i ale TTA se nseriaz dou n concordan i dou n opoziie pentru a se obine mrimile: U1 i U2. Tensiunile rezultate se redreseaz n dou puni de redresare conectate n opoziie, n diagonala lor fiind montat elementul polarizat sensibil EPS. Acesta este un amplificator sensibil de curent continuu care are ca element de ieire un releu intermediar.

Prin EPS circul diferena curenilor debitai de cele dou puni: se obine astfel funcia M. Elementul polarizat acioneaz numai atunci cnd M are un anumit semn, la semnul opus se blocheaz i astfel se asigur funcia direcional n schem.

Conectarea releului direcional se face conform figurii 8.19.

86

+

-

Ir

RC

Ir

RDC -3 RT

ur= 100 V

1 2 3 4 5 6 W 8 9 10 11 12

Decl.

Fig. 8.19. Schema de conectare a releului RDC - 3 n instalaie. Avantajele releului RDC3 fa de releele direcionale de inducie sunt: sensibilitate mai mare; rapiditate n funcionare mai mare; consum propriu mai mic.

Releul pstreaz ns dezavantajele releelor direcionale de inducie i electrodinamice, i anume: gabarit mare; circuitul de ieire nu releu intermediar cu contacte.

8.4.5. Releu direcional electronic cu performane deosebite Releul direcional electronic cu performane deosebite, RDE, a fost realizat la Laboratorul de

Protecii prin relee i Automatizri a Facultii de Electrotehnic din Timioara. Schema releului este conceput n totalitate cu comutaie static. Principiul de funcionare se bazeaz pe controlul defazajelor dintre curentul i tensiunea din

circuitul de protejat printr-un detector de faz electronic realizat cu circuite integrate. Releul, de concepie original, prezint performane superioare n comparaie cu releele similare ntlnite n schemele de protecie prin relee actuale. Releul este un releu monofazat, n execuie modular, avnd schema bloc din fig.8.20 i schema electric din fig.8.21.

Ir

5A(1A) BI1

BI2U

r

100V

BI(X)

BS1 BS2BC BE

BA+-

220 (110)V

Fig.8.20. Schema bloc a releului RDE

Cele opt blocuri funcionale componente sunt realizate sub aspect constructiv dup cum urmeaz:

blocul de intrare BI1, poate fi alimentat (opional) cu 5 A sau cu 1A din secundarul transformatorului de curent, alegnd borna corespunztoare, este compus dintr-un divizor rezistiv;

blocul de intrare BI2, alimentat cu 100 V din secundarul transformatorului de tensiune aflat n celula de msur din staie, este compus de asemenea dintr-un divizor rezistiv;

blocul de nmulire BI, alimentat prin blocurile de intrare BI1 i BI2 cu cte o tensiune proporional cu curentul, respectiv cu tensiunea din circuitul de protejat, conine un circuit integrat multiplicator;

87

blocul de selecie de BS1, are rolul de a selecta alternanele pozitive respectiv negative ale puterii instantanee obinut la ieirea blocului BI, este format dintr-un circuit de redresare i detecie de vrf;

blocul sumator BS2, nsumeaz cele dou semnale ale blocului de selecie, avnd n componen un amplificator operaional;

blocul de comparare BC, compar mrimea de ieire din BS2 cu o tensiune de referin; blocul de ieire BE, asigur semnalul de ieire al releului, fiind realizat printr-o schem cu

tranzistor de putere; blocul de alimentare BA, asigur tensiunea operativ necesar funcionrii blocurilor

anterioare, fiind alimentat cu tensiunea continu de 110 V sau 220 V (opional) de la bateria de acumulatoare din staie.

Cu privire la blocul de nmulire (multiplicatorul analogic), trebuie precizat la cele dou intrri i se aduc tensiunea de faz i curentul fazei, deci:

u U tf m==== sin (8.57)

(((( ))))i i tf m==== sin Prin multiplicare, puterea instantanee este dat de relaia (8.58):

u i U I t tf f m m==== sin sin( ) (8.58) sau:

(((( ))))[[[[ ]]]]u i u i tf f m m==== 2 2cos cos (8.58) Relaia (8.58) este reprezentat grafic n figura 8.22.

u[V

], i[A

], p[

VA

] 15

10

5

0

-5

p

u

i

0 2 4 6 8 10

Fig.8.22. Variaia n timp a curentului (i), a tensiunii (u) i a puterii instantanee (p)

iar caracteristica de funcionare n fig.8.23. Pentru unghiul cuprins ntre (+pipipipi/2) i (-pipipipi/2) prin zero., ieirea din operaionalul CI4 are valoare pozitiv la = +pipipipi/2 i la = -pipipipi/2, tensiunea de ieire este zero; iar n intervalul +pi/2, i -pi/2 prin pi, fig. 8.23., tensiunea de ieire este negativ, deci sensul de circulaie a puterii este schimbat.

88

IK

L

TCk

l

2

1 R1 R2

BI1

x

~ 100 V

x

R3

CI1

+

-

BI2

R30 R31

R32T2

DZ1

R33 R34

R35T3

DZ2

BA

BS1D1

D2R22 C1

R23

BI +

CI3

-

R17P2

R16

R15R14R11

-R10R9R5R6

R7 R8 R13 R12

P1

CI2

+ R18

R19

P3

P4R21

R20-

R24

R25

R26+

-

CI4

BS2

CI5

-

R27R28

LED

BC

R29

D3BE

+

T4

Fig.8.21. Schema electric a releului RDE

89

0

zona deblocare

zona de acionare

0

+pi+pi+pi+pi/2

-pipipipi/2

pipipipi

Fig.8.23. Caracteristica de funcionare a releului

Modul de conectare n circuitul de protejat a releului RDE reiese din fig.8.24.

1 2 3 4 5 6

7 8

+

-

Uop

Ur

TC

L

TTU

r

RDE

Fig.8.24. Schema de conectare a releului RDE la circuitul de protejat

Avantajele releului RDE fa de releul RDC3: gabarit mai mic; sensibilitate mai mare; consum mai mic; fiabilitate mai bun (nu conine relee cu contacte); manoper pentru cablarea releului mult redus; cost redus.

8.4.6. Releu direcional pentru procese tranzitorii, RDT Releul RDT, realizat la ICEMENERG Bucureti, se folosete pentru sesizarea defectelor

monofazate la pmnt, funcionnd n timpul proceselor tranzitorii ale acestor defecte. Releul controleaz defazajul dintre curentul homopolar i tensiunea homopolar n prima perioad a regimului tranzitoriu. Se precizeaz c acest defazaj este nul pentru linia defect i are valoarea de 1800 pe celelalte linii, sntoase.

Schema bloc a releului RDT este dat n fig.8.25. Releul se utilizeaz pentru protecia la punere la pmnt n reelele care funcioneaz cu

punctul neutru izolat sau compensat. Releul constituie protecia individual a unei plecri i se recomand a se folosi n locul releelor cu destinaie similar RPP i ISP n urmtoarele condiii:

se urmrete protejarea numai a unui numr limitat de plecri din staii; curentul capacitiv este mai mic de 10 mA (valoarea sensibilitii releelor RPP); configuraia reelei este astfel nct nu se asigur selectivitatea releelor RPP (de exemplu sunt numai 23 plecri).

90

--

DF

TC TT

3Ih* * 3Uh

+

-

Amplif.1

CBM 2Amplif.3

+

iAmplif.

2 CBM 1 Releu

SL

+

-

Blocare prin U h redresat

Fig.8.25. Schema bloc a releului direcional de procese tranzitorii, RDT

Principiul de funcionare. n momentul apariiei unei puneri la pmnt, se produce un proces tranzitoriu legat de descrcarea capacitii fazei avariate corespunztoare cu scderea tensiunii pe aceast faz la zero i de ncrcarea capacitii fazelor neavariate corespunztor cu creterea tensiunii pe aceste faze la valoarea tensiunii ntre faze. Frecvena curentului tranzitoriu variaz ntre 200300 Hz, i ntreg procesul se amortizeaz n cteva ms. Caracteristicile acestui proces sunt urmtoarele:

raportul dintre amplitudinea curentului tranzitoriu i a curentului stabilizat de punere la pmnt este egal aproximativ cu raportul frecvenelor acestora, deci curentul de regim tranzitoriu este de cteva ori mai mare;

amplitudinea curentului tranzitoriu este maxim pe linia avariat; prima semiund a curentului tranzitoriu pe linia avariat este n faz cu tensiunea

homopolar (care are frecvena de 50 Hz) n timp ce pe liniile neavariate aceasta este n opoziie de faz;

curentul inductiv debitat de bobinele de stingere are o vitez de cretere mai mic dect aceea a curentului capacitiv i de aceea nu influeneaz desfurarea procesului tranzitoriu, reeaua fiind n acest timp necompensat.

Releul RDT acioneaz dac prima semiperioad a curentului homopolar este n faz cu tensiunea homopolar i se blocheaz n caz contrar. Schema releului se compune din dou pri, fig.8.25.

I - un discriminator de faz, DF; II - o schem logic, SL, care prelucreaz informaiile primite de la DF.

Discriminatorul de faz realizeaz compararea valorii absolute a sumei i diferenei curentului i tensiunii homopolare:

M U kI U kIh h h h==== ++++ (8.59) semnul funciei M depinde de semnul lui cos , n care prin cos s-a notat defazajul dintre Ih i Uh.

Pentru obinerea funciei M se folosesc transformatoare de curent i de tensiune cu cte dou secundare, ca i la releul RDC- 3. Cele dou puni de redresare sunt conectate n opoziie, astfel

91

nct n diagonala punilor circul diferena curenilor debitai, adic un curent de forma funciei M, care se duce la schema SL.

n cazul n care punerea la pmnt se produce pe linia protejat (i deci releul trebuie s lucreze) de la DF se obine un semnal negativ. Acesta este amplificat de amplificatorul 1, trecut prin circuitul de coinciden SI amplificat de amplificatorul 2 care comand circuitul basculant monostabil CBM1 care la rndul su acioneaz releul de ieire. Dup 10 ms de la apariia tensiunii homopolare Uh circuitul SI este blocat i ntreg releul se blocheaz pe perioada existenei tensiunii homopolare.

n cazul cnd punerea la pmnt este exterioar (deci releul nu trebuie s lucreze) de la DF se obine un semnal pozitiv. Acesta este amplificat de amplificatorul 1 i apoi de amplificatorul 3 care comand bascularea circuitului basculant monostabil de blocare CBM2. Acesta blocheaz circuitul SI pentru o perioad de 60 ms mpiedicnd acionarea releului n cea de a doua semiperioad a curentului Ih care poate fi n faz cu Uh.

8.5. Schemele principiale de conectare a releelor direcionale

8.5.1. Principii de elaborare Numrul mare de scheme de conectare a releelor direcionale de putere care se folosesc n

prezent se clasific dup modul de conectare la transformatoarele de curent i de tensiune i dup tipul constructiv al releului. Astfel, se ntlnesc:

a) Schemele de conectare a releului cu un singur element direcional (monofazat) la curenii i la tensiunile de faze sau dintre faze (cele mai folosite);

b) Schemele de conectare a releului cu un singur element la componentele simetrice ale curenilor i ale tensiunilor uneia dintre secvene (invers sau homopolar);

c) Schemele de conectare a releului direcional cu dou sau trei elemente la curenii i la tensiunile totale ale diferitelor faze sau , la componentele simetrice ale curenilor i ale tensiunilor de diferite secvene;

d) Schemele de conectare a releului direcional cu un singur element la curenii i tensiunile de pe fazele defecte pentru a aciona n cazul oricrui scurtcircuit, comutrile n circuitul de alimentare a releului fiind n acest caz asigurate prin contactele elementelor de pornire ale schemei.

Diferitele scheme de conectare a releelor direcionale se caracterizeaz i prin unghiul de defazaj dintre Ur i Ir aduse la releu. n tabelul 8.1. se prezint pentru fiecare schem de conectare, tensiunile i curenii adui la releu.

Se precizeaz c o ntrebuinare larg o au sistemele de protecie direcional homopolar mpotriva defectelor cu punere la pmnt; dimpotriv, protecia de putere de secven invers nu se prea folosete, probabil din cauza dificultilor pe care le ridic filtrele necesare.

Independent de metodele i principiile utilizate, releele direcionale nu ridic probleme deosebite celor ce le exploateaz.

Tabelul 8.1. Referitor la schemele de conectare a releelor direcionale Schema

tip

Tensiuni Cureni Obs.

releul nr. I

releul nr. II

releul nr. III

releul nr. I

releul nr. II

releul

nr.

III

00 nr. 1

Urt Ust Uts Ir-It Is-Ir It-Is

00 nr. 2

Uro Uso Uto Ir Is It

300 Urt Ust Uts Ir Is It

92

600nr.1

Ust Utr Urs Ir-It Is-Ir It-Is

600nr.2

-Uto -Uro -Uso Ir Is It

900 Ust Utr Urs Ir Is It Foarte rspndi

t 1200 Ust Utr Urs Ir-Is Is-It It-Ir Rar

ntlnit

8.5.2. Schema de 900 de conectare a releelor direcionale Una din schemele cele mai folosite pentru conectarea releelor direcionale este schema de

900 n care releul se alimenteaz cu cureni de pe o faz i tensiuni dintre celelalte dou faze, fig.8.26.

R S T

1 2 3

rst

Fig.8.26. Schema de principiu a unei protecii direcionale realizat dup schema de 900

Baratele notate n figur cu r, s, t sunt alimentate cu tensiunea din secundarul transformatorului de tensiune al crui primar este conectat pe barele de pe care este alimentat linia protejat. Diagrama fazorial a mrimilor aduse la releu este dat n fig.8.27.

Ir=IR

UT

0

US

Ur=UST

rk=-300

IKR=IrK600

UR

.

(+)

Fig.8.27. Diagrama fazorial a mrimilor aduse la releul 1 din fig.8.26

Schema se numete de 900 pentru c aa cum rezult din fig.8.27. ntre curentul Ir din bobina de curent a releului i tensiunea Ur aplicat bobinei de tensiune exist un defazaj de 900 (dac se admite ipoteza cos r = 1 n regim normal de funcionare). La scurtcircuit trifazat simetric pe linii aeriene curenii de scurtcircuit IKR, IKS, IKT, de pe fazele R, S respectiv T sunt defazai cu circa 600 n urma tensiunilor pe faz (deci KR = KS = KT = 600) i deci defazajele dintre curenii din bobinele de curent i tensiunile aplicate bobinelor de tensiune ale releelor direcionale sunt: r k r k r kR S T==== ==== = -90

0+600= -300.

93

Valoarea negativ a unghiului rk a rezultat datorit faptului c, curentul este defazat naintea tensiunii (vezi fig.8.27), iar prin convenie se admite semnul plus pentru unghiurile dintre curent i tensiune, cnd curentul este defazat n urma tensiunii.

Folosind relee cu un unghi interior = -r= 300 care asigur un cos (r + ) = 1 n regim de scurtcircuit, se obine sensibilitatea maxim pentru releul direcional.

8.6. Protecia de putere homopolar Protecia de putere homopolar se folosete n reelele alimentate de la dou capete, fiind

prevzut pentru a sesiza selectiv defectele nsoite de punere la pmnt. Se realizeaz mai des n varianta proteciei maximal de curent homopolar direcionat temporizat, fig.8.28, sau sub forma unei secionri de curent homopolar direcional.

RST

- BD

FCSH

+

Ih T

-

+ +

+

- -

+S

FTSHh

x x

Fig.8.28. Schema principial a proteciei maximale de curent homopolar direcional temporizat

Sensul curentului care acioneaz asupra echipajului mobil al releului direcional este, ca la orice releu direcional, funcie de unghiul dintre vectorii tensiunii i curentului care i se aplic. Protecia homopolar direcional are avantajul c nu are zone moarte, pentru c dup cum se tie, tensiunea homopolar este cu att mai mare, cu ct defectul este mai apropiat, deci invers dect n cazul defectelor ntre faze, cnd tensiunea scade cu apropierea fa de defect.

Sensibilitatea releului direcional homopolar se verific cu relaia: K U I

S n nsensh h

pr TC TT====

3 3 (8.60)

unde: Uh, Ih sunt valorile componentelor de secven homopolar, ale tensiunii respectiv curentului, n locul de instalare al proteciei la un defect monofazat n limitele zonei considerate, aprut ntr-un regim care conduce la valoarea minim Ih; Spr este valoarea puterii de pornire a releului; nTC i nTT sunt rapoartele de transformare ale transformatoarelor de curent i de tensiune care compun filtrele de curent i de tensiune de secven homopolar de la care se alimenteaz bobinele releului.

Pentru defecte pe linia protejat se prevede: Ksens 2, iar pentru defecte pe elementul vecin: Ksens 1,5.

Proteciile maximale de curent homopolar direcionale prezint avantajul simplitii, selectivitii, sensibilitii i absenei zonelor moarte, de aceea sunt foarte rspndite ca protecii de baz sau de rezerv n reelele cu cureni mari de punere la pmnt care au mai mult dect o surs de alimentare.

Dezavantajul proteciei const n temporizarea relativ mare dac linia are multe tronsoane, dar n comparaie cu protecia similar prevzut pentru sesizarea scurtcircuitelor polifazate, protecia direcional homopolar poate avea temporizri n general mai reduse, deoarece pentru stabilirea lor nu trebuie inut seama de timpii de acionare ai proteciilor din reeaua de alimentare (vezi paragraful 7.6.2.).

94

8.7. Protecia complet a unei reele alimentat de la dou capete, mpotriva defectelor polifazate i a celor cu punere la pmnt

Pentru a sesiza toate defectele, att cele polifazate, ct i cele cu punere la pmnt, n astfel de reele se poate folosi schema de protecie prezentat n fig. 8.29. i care cuprinde o protecie maximal de curent direcional n dou trepte (releele 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) i o protecie maximal de curent homopolar direcional n dou trepte (releele 10, 11, 12, 13, 14, 15). Pentru fiecare din aceste protecii au fost stabilite valorile de reglaj n paragrafele 7.4 i 7.6.2. Evident c, existnd protecie homopolar, protecia mpotriva scurtcircuitelor polifazate a fost prevzut numai pe fazele R i T. Pe baretele r, s, t se aduce tensiunea din secundarul transformatorului de tensiune montat pe elementul de protejat, iar pe baretele Uh se aduce tensiunea homopolar obinut la bornele de ieire ale FTSH.

1

R S T

BD

CBY

Y

Uh r s t

78

15

++

P II

+H

I

-

-

-

16

+

-

H II

+

14

-

-

T

+

I h13

12I h

11h

+ 10I

6I

5

+ 4I

3I

2

+

TC

r s t

Uh

9+

-

P I

-

Fig.

8.29

.Pr

ote

cia

de

cu

ren

t i d

e cu

ren

t ho

mo

pola

r n

do

u

trep

te,d

irecio

na

l

Fig.8.29. Protecia de curent i de curent homopolar n dou trepte, direcional

95

8.8 Echipament integrat de protecie, automatizare, msur - EPAM

8.8.1.Generaliti EPAM este un echipament, realizat la TELECOMM - S.R.L. Bucureti, fiind destinat pentru

protecia LEA i LES de medie tensiune care funcioneaz radial sau buclat, reeaua avnd neutrul tratat prin bobin de stingere, izolat sau tratat prin rezistor de limitare.

Acest echipament nglobeaz urmtoarele funcii: Funcia de protecie EPAM - PD; Funcia de automatizare EPAM - AUT (incluznd RAR i AAR); Funcia de msur EPAM - M (calculul valorilor efective ale U, I, P, Q, S mono - i trifazate

ct i a cos i ); Interfaa om - main EPAM - MIMI; Funcia de autotest; Integrare n SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) prin intermediul interfeelor de comunicaie cu nivelul ierarhic superior (teleconducere) EPAM - COM.

Echipamentul EPAM se bazeaz pe un sistem de prelucrare digital a semnalului (DSP). Tehnicile de procesare digital a semnalului asigur msurarea parametrilor necesari funcionrii echipamentului eliminnd practic partea analogic de hard.

Pentru funcionarea echipamentului, acesta trebuie s primeasc informaii analogice din proces - tensiuni i cureni msurai n secundarele transformatoarelor de msur de tensiune respectiv de curent i informaii numerice din proces - poziia de nchis sau de deschis a ntreruptoarelor, etc. Procesarea este asigurat prin intermediul sistemului de procesare digital n baza unor algoritmi implementai software.

Interfaa om - main include: un display local cu cristale lichide pentru afiarea mrimilor msurate; tastatura local pentru selecia mrimilor afiate i programarea local a reglajelor; interfee seriale pentru transmisia la distan i integrarea n sistemul de teleconducere distribuit. Funcia autotest permite: testarea periodic a unitii de control cu microprocesor (test ROM, RAM, etc); testarea periodic a interfeelor analogice de intrare; testarea periodic a interfeelor numerice de ieire.

8.8.2. Funciile de protecie Prin EPAM se pot asigura urmtoarele funcii de protecie: protecie maximal de curent mpotriva scurtcircuitelor polifazate (bi i trifazate) - cu

caracteristici de temporizare independent sau dependent; protecie maximal de curent de secven invers mpotriva dublelor puneri la pmnt din

reelele de m.t. cu neutrul compensat prin bobin de stingere; protecie maximal de curent homopolar mpotriva scurtcircuitelor monofazate cu curent

limitat prin rezisten ohmic din reelele de m.t. cu neutrul tratat prin rezisten de limitare; protecie maximal i minimal de tensiune mpotriva supratensiunilor periculoase sau

mpotriva funcionrii la tensiuni minime periculoase pentru echipamentele primare (ex. baterii de condensatoare). Funciile de protecie pot fi direcionate sau nedirecionate.

8.8.3. Procesarea digital a semnalului Pentru realizarea funciilor propuse se utilizeaz un sistem digital de procesare a semnalului

(Digital Signal Processing - DGP). Schema bloc a unui sistem digital de procesare a semnalului este dat n

fig. 8.30.

96

FTJ S&H CAN DSP

Fig.8.30. Schema bloc a unui sistem digital de procesare a semnalului Pe figur s-au notat: FTJ - filtru trece jos antialiasing; S & H - circuit sample and hold; CAN - convertor analog numeric; DSP - procesor de semnal. F.T.J. are rolul de a evita fenomenul de aliasing ce poate apare n cazul prezenei n unda

semnalului de eantionat a unor armonici de frecvena superioar frecvenei de eantionare. Frecvena minim de eantionare trebuie s fie egal sau mai mare dect dublul celei mai mari frecvene a semnalului analogic de intrare (conform teoremei de eantionare a lui Nyquist), adic fs = 2 fm. Spectrul de frecven se repet la intervale fs (fig.8..31.a) dac fs > 2 fm. Dac ns fs < 2 fm spectrul de frecven se prezint ca n fig.8.31.b, interferena n semnalul eantionat reprezint tocmai efectul aliasing. (Semnalul original cu frecvena mai mare are un alias n joasa frecven ca rezultat al

A A

a) fs > 2 fm b) fs < 2 fm Fig. 8.31. Spectrul eantionrii

Apariia efectului aliasing face ca semnalul eantionat s nu rein caracteristicile semnalului original analogic i astfel n acest caz este imposibil s se refac semnalul analogic pe baza eantionrii.

n cazul EPAM frecvena maxim considerat pentru semnalul analogic este fm = 450 Hz (armonica a 9 - a, la frecvena nominal fn = 50 Hz), iar pentru respectarea teoremei Nyquist fs > 2 fm rezult fs 2450 = 900 Hz. S-a ales fs = 1000 Hz, deci 20 eantioane pe perioad.

S & H are rolul de a prelua un eantion din semnalul de intrare (sample) i a pstra nivelul eantionului pn la urmtoarea eantionare (hold).

CAN convertor analog - numeric asigur transformarea valorii mrimii analogice ntr-un cod binar. La echipamentul EPAM, circuitul S & H este inclus n CAN.

DSP primete codul numeric obinut la ieirea CAN i realizeaz procesarea digital a semnalului conform algoritmilor implementai software.

Fiecare din semnalele originale (analogice), astfel cuantificat, poate fi caracterizat prin anumii parametrii (valoarea efectiv, valoarea medie, valorile componentelor simetrice, valorile puterilor active, reactive i aparente, valorile unghiului de defazaj). 8.8.4. Structura hard a echipamentului EPAM

Schema bloc a echipamentului este dat n fig. 8.32. Se observ c EPAM este realizat din trei blocuri funcionale:

97

Blocul UCO conine microprocesorul principal tip 80386 la 16MHz avnd urmtoarele funciuni principale:

1 - prelucrarea semnalelor booleene primite de la blocurile UC1 i UC2 n conformitate cu algoritmii implementai software. Este blocul decizional care asigur funciile de protecie i automatizare implementate. Prelucrarea variabilelor booleene de la blocul UC1 se face prin intermediul portului 16 bii i a portului paralel de comunicaie. Prelucrarea variabilelor booleene de la blocul UC2 se face prin intermediul portului 8 bii.

2 - emiterea impulsurilor de declanare i semnalizare spre proces prin intermediul celor trei porturi de comenzi de cte 8 bii fiecare, care asigur comanda releelor de execuie.

3 - interfaa om-main prin intermediul unui ecran cu cristale lichide (LCD), tastaturii i a unui sistem de semnalizare prin LED - uri.

RAM

ROM

Inte

rfaa

ach

izii

eMicrocontrolercompatibil

8051

Port

8

bii

Port

pa

rale

lco

mu

nic

aie

POR

TR

OM

RA

M

Port

com

enzi

Port

com

enzi

Port

com

enzi

POR

T

Port

I/O

RTC

UC0

MICRO-PROCESOR

80386 EB16 MHz

(procesorboolean)

INTERFEESERIALE Boot

PROM

DSP320C3132 MHz

CA

N du

blu

16 bii,

5

sec

AB

MU

XM

UX

Blo

c6

intrr

ite

nsiu

ne

Bloc

4in

trr

icu

ren

t(LEM

)

Blo

c 32

in

trr

in

um

eric

e cu

opt

ocu

plo

r

Inte

rfaa

32 D

I

UC1

RA

Mpe

rtu

rbo

gra

f1

MB.

.4M

B

Hig

h sp

eed

RA

M32

k

x 32

Port

16

bii

Port

pa

rale

lco

mu

nic

aie

UC2

SUR

SATE

NSI

UN

I

Tast

atu

raLC

D24

co

men

zi (co

nta

ct lib

er de

po

tenia

l) 8

8

8

8

4

RS

232

Fiel

d BU

S

Fibr

ao

ptic

6* 6 UR,S,TURS,ST,TR

4IR,S,T,H

32 32 DI(220 Vcc)

U*R11

1I*H

3U*R,S,T

8

16

32

4*

Fig.8.32. Schema bloc a echipamentului EPAM 4 - conectarea la sistemul integrat de teleconducere distribuit prin interfeele seriale RS232,

Field Bus i fibra optic. 5 - gestionarea ceasului de timp real RTC (Real Time Clock). Blocul UC1 conine procesorul de semnal DSP de tip TMS320C31,

32 MHz, avnd urmtoarele caracteristici:

98

1 - prelucrarea mrimilor analogice din proces: UR0, US0, UT0, URS, UST, UTR, IR, IS, IT, IN prin intermediul adaptoarelor de intrare de tensiune, i curent, care asigur separaia galvanic de proces i adaptarea nivelelor de semnal. Adaptoarele de intrare asigur i filtrajul analogic antialiasing al semnalelor de intrare.

2 - conversia analog-numeric prin cele dou multiplexoare de tensiune i respectiv de curent i CAN. Convertorul analog-numeric este de tip dual, 16 bii cu timpi de conversie 5 secunde, obinndu-se astfel cte o pereche de valori tensiune - curent la fiecare 5s .

3 - prelucrarea semnalelor numerice (de tip contact de releu) prin intermediul blocului de 32 intrri numerice optoizolate fa de proces.

4 - procesorul de semnal DSP asigur prin soft: filtrarea numeric a mrimilor analogice de intrare (convertite numeric) i evaluarea variabilelor booleene necesare blocului decizional UCO.

Blocul UC2-conine microcontrolerul compatibil 8051 avnd urmtoarele funciuni principale:

1 -prelucrarea mrimilor analogice UR0, US0, UT0, UR01 i In necesare funciei de supraveghere prezena tensiunii de msur i funciilor de control condiii RAR, AAR;

2 - evaluarea variabilelor booleene specifice i transmiterea acestora spre blocul decizional UCO;

3 - supravegherea frecvenei semnalelor analogice pentru meninerea unei frecvene de eantionare constant de N=20 eantioane / perioad, indiferent de variaia frecvenei.

Alimentarea cu diverse tensiuni necesar echipamentului se realizeaz la 220V cc prin blocul sursa tensiuni.

Pentru fiecare bloc cu microprocesor se asigur prin soft funciile autotest specifice, funcii care contribuie la reducerea costurilor de ntreinere i scderea timpilor de ntrerupere a consumatorilor.

8.8.5. Cu referire la softul echipamentului EPAM n partea de software s-a utilizat transformata Fourier discret (DFT) pentru obinerea

valorilor efective ale mrimilor supravegheate. Acest mod de calcul prezint avantajul imunitii la armonicile prezente n curba tensiunilor i curenilor.

Astfel, fazorul putere aparent trifazat este: S P jQT T T==== ++++ (8.61)

iar factorul de putere: cos T T

T T

P

P Q====

++++2 2, (8.62)

n care PT i QT reprezint puterile activ trifazat, respectiv reactiv trifazat.

8.9. Aplicaii la capitolul 8

8.9.1. Probleme rezolvate Problema nr. 1. S se protejeze cu o protecie maximal de curent n dou trepte, linia L5 din

reeaua buclat reprezentat n tip n fig. 8.33. Se dau curenii de sarcin maximi pe linii: I As Lmax 1 400==== ; I As Lmax 2 350==== ; I As Lmax 3

200==== ; I As Lmax 4 500==== ;

I As Lmax 5 150==== ; I As Lmax 6 300==== ; I As Lmax 7 250==== .

99

S

L5

1A

3C1

2

L1

14C5

L4

L2C2

7 9

8

10

L7

1211

L6C6

F

E

4

13

5

6

C

L3

C3

DC4SKmax = 1000MVA

SKmin = 600 MVA

38 km

30 km

25 km 30 km

21 km

42 km

45 km

B

Fig.8.33. Reeaua buclat cu U kVn ==== 110 , cu neutrul legat efectiv la pmnt, avnd parametrii unitari R km X kmL Lu u==== ====0 12 0 39, / , , / .

Rezolvare. Treapta I (rapid): I k I K

I I K I dac I Ipps sig K ext sig

pp pp sig KC KC KE

I ==== ====

==== ==== >>>>

. .max

max, max max

; , . . . . , ,

( ),1 2 1 5

9 10

sau I I K I dac I Ipp pp sig Ke KC KE9 10==== ==== max, max max( ),

i protecia nu se direcioneaz. Se prefer o protecie mai sensibil, deci I K Ipp sig KC9 ==== max, I K Ipp sig KE10 ==== max,

n care caz, pentru selectivitate, proteciile vor fi direcionate. I U

X

X US

regim im

K

sn

K

====

==== ==== ====

,

, ( max ).max

max

2 21101000

12 1

X USs

n

K.min

min,==== ==== ====

2 2110600

20 17 (regim minim),

Z R X kmu u u==== ++++ ==== ++++ ====2 2 2 20 12 0 39 0 408044, , , / ,

I UX Z Z

kA

I UX Z Z Z

kAI kA

I

KCnf

s L

KEnf

s L L L

ppsI

ppI

Lmax

max

maxmax

:

, , ( ) , ,

:

, , ( ), ,

( , . . . , ) , ( , . . . , ) ,( , . . . , ) , ( , . . . , )

====

++++ ++++====

++++ ++++====

====

++++ ++++ ++++====

++++ ++++ ++++====

====

==== ====

==== ====

4 5

1 2 5

9

10

110 312 1 0 408044 30 42

1 531

110 312 1 0 408044 38 45 42

1 0061 2 1 5 1 531 1 837 2 2971 2 1 5 1 006 1 207 1 509 kA.

Realiznd protecia cu relee electromagnetice, tip RC - 2, se adopt I kAppsI9 2 2==== , i I kAppsI10 1 5==== , , ambele protecii fiind direcionate.

Treapta II-a (temporizat):

100

IKK

I

I I A

I I A

K II

KII

I kA

ppIIsig

revs

ppII s L

ppII ppII

sensKC

pp

sensKE

pp

KC

====

==== ==== ====

==== ====

====

====

====

++++ ====

max,

max

min

min

min

( , . . . , )( , . . . , )

,

,,

,

,

,

:

, ,,

9 5

10 9

99

1010

1 1 1 250 8 0 9

1 20 85

150 212

212

1 2

1 2

110 320 17 0 408044 72

1 282

I kAKEmin:

, ,,====

++++ ====

110 320 17 0 408044 125

0 892

K sens91 282212

6 05 1 2==== ==== >>>>, , , (ca protecie de baz pe L5)

K sens100 892212

4 2 1 2==== ==== >>>>, , , (ca protecie de baz pe L5 ) Verificarea treptei a II-a a proteciei ca protecie de rezerv pentru tronsonul din aval: K I

IK I

IsensKD

ppsens

KF

ppr r9 109 10

==== ====min min;

Calculnd curenii de scurtcircuit s-au obinut: I kAKD min ,==== 1 32 i I kVKF min , .==== 0 546 Deci: k ksens sens

r r9 101 324212

6 25 546212

2 576==== ==== ==== ====, , ; , ,

ceea ce se ncadreaz n limitele impuse. Temporizarea proteciei de treapta II - a se alege n trepte cresctoare de la consumatori spre

surs, considernd t cons = 0,1 s i t = 0,5 s.

Rezult: t t t t t t t st t t t t s

c

c

9 4 2

10 8

2 3 1 62 1 1

==== ++++ ==== ++++ ==== ++++ ====

==== ++++ ==== ++++ ====

, .

, .

8.9.2. Probleme rezolvate Problema nr. 2. Ce performan a proteciei maximale direcionale este obinut prin

introducerea releelor direcionale i a temporizrii n trepte ? a) sensibilitatea? b) selectivitatea? c) rapiditatea? d) economicitatea? Problema nr. 3. Cum sunt alimentate releele direcionale n schemele proteciei homopolare

direcionale? a) cu curent de faz i tensiunea de linie dintre celelalte dou faze? b) cu curentul i tensiunea de faz a liniei? c) cu tensiunea homopolar i cu curent homopolar? Problema nr. 4. S se stabileasc reglajele proteciei maximale de curent temporizate

direcionale pentru liniile reelei cu neutrul legat la pmnt reprezentat n figura 8.34.

101

S1

S3

1

A 3C1

2

L1

4

16

14

15C5

L4

13

L2

5

6C2

7

C 9

8

L3

10

D 12

11

C4

S2

E

Fig.8.34. Reea complex cu neutrul legat la pmnt

S se studieze oportunitatea secionrii de curent direcional pentru linia L1, cunoscnd diagrama curenilor de scurtcircuit din fig.8.35. Considernd c se utilizeaz o schem trifazat complet, s se aleag releele maximale de curent. tiind c releele direcionale utilizate (tip RBM - 171 / 1) sunt alimentate n schem de 900, s se aleag unghiul interior cel mai potrivit pentru scurtcircuit trifazat (L = 650).

A B

L1I"K[kA]

l [km]

1

2

3

4

0 10 20 30 40

1

2

3

Fig.8.35. Variaia curenilor la scurtcircuit pe linia L1 (1 - alimentare din A, 2 - alimentare din B regim maxim; 3 - alimentare din B regim minim).

Curenii maximi de sarcin ai consumatorilor notai cu Ici i curenii minimi de scurtcircuit determinai de fiecare surs n parte sunt prezentai n tabelul 8.2.

Tabelul 8.2. A B C D E C1 C2 C3 C4 C5

Is.max, A

- - - - - 80 110 70 90 120

Ik min (n kA

S1

4,5

2,0 1,5 1,2 1,1 3,6 1,6 1,1 0,8 0,7

deter-

minat

S2

0,8

2,0 2,6 3,8 1,8 0,6 1,6 1,8 2,9 1,3

de: S3

0,7

1,5 2,1 1,3 3,0 0,5 0,9 2,0 0,8 2,5