smccpsen+-+capitolul+3.pdf

23 Curs – Sisteme moderne de comandă, control şi protecŃii în SEE – Capitolul 3

CAPITOLUL 3

ProtecŃii numerice. FuncŃiile protecŃiilor numerice. Aşa cum s-a mai prezentat etapa inteligentă se caracterizează prin introducerea pe scară largă

a circuitelor integrate, a microprocesoarelor, schimbându-se total principiile după care se construiesc şi funcŃionează aceste echipamente. Vechea metodă de realizare cablată a releelor de protecŃie s-a înlocuit cu o nouă metodă de realizare a releelor cu circuite integrate, făcând din acestea terminale de protecŃie programabile şi care funcŃionează după o anumită logică programabilă. Dezvoltarea într-un ritm accelerat a tehnicii de calcul a făcut ca şi echipamentele de protecŃie să aibă atât din punct de vedere hardware cât şi software o evoluŃie spectaculoasă.

3.1. Arhitectura echipamentelor numerice de protecŃie În acest capitol se va încerca să se prezinte structura hard generală a echipamentelor numerice

de protecŃie cu indicarea blocurilor funcŃionale şi a funcŃiilor specifice fiecărui bloc. În funcŃie de producători schema bloc a unui echipament numeric de protecŃie poate să difere,

fiecare producător de astfel de echipamente dezvoltându-şi propria filozofie de fabricaŃie, dar în proporŃie foarte mare schemele bloc se aseamănă în mare măsură.

Terminalele de protecŃie sunr realizate într-o tehnologie care satisface toate cerinŃele moderne privind interferenŃa electromagnetică. Testele ca testul la fenomene tranzitorii rapide şi testul de sensibilitate la frecvenŃe radio sunt cerinŃe relativ noi. Acestea sunt rezolvate prin utilizarea unei carcase închise de oŃel sudat. Terminalule au o foarte bună separare între semnalele interne sensibile şi semnalele de proces externe “poluate”. Acest lucru este realizat păstrând toate semnalele de proces în partea din spate a carcasei (pentru cablare corespunzătoare) şi o placă de bază (în spatele capacului frontal, realizat dintr-o singură bucată), unde se desfăşoară toate comunicările sensibile pe magistrale (atât cele analogice de tip paralel, cât şi cele binare de tip serial).

Toate magistralele seriale externe de la Sistemul de Control al StaŃiei de transformare (SCS), Sistemul de Monitorizare a StaŃiei (SMS) şi calculatorul personal (PC) conectat la panoul frontal sunt izolate cu legături de fibre optice pentru a evita perturbaŃiile. Aceasta, împreună cu o bună proiectare a transformatoarelor, a alimentării şi a intrărilor binare conduc la terminale care trec toate testele de interferenŃă electromagnetică.

În figura 3.1 se prezintă schema bloc a unui echipament nummeric de protecŃie. Analizând figura 3.1 se disting următoarele elemente principale pentru realizarea unui

echipament de protecŃie: - modulul de transformatoare; - modulul de conversie analog numeric (digital); - modulul principal de procesare; - modulul de alimentare şi de intrare/ieşire binară; - interfaŃa om – maşină (MMI) ; - modulul de intrare/ieşire binară ; - modulul de conexiune la magistrală.


Mod. transformatoare

TC

TT

Mod. conversie analog - numeric

Mod. principal de prosesare

DSP 1

DSP 2

DSP 10

Mod. de alimentare

Sursă cc

Mod. intrări - ieşiri binare

Intrări ieşiri binare

Mod. interfaŃă om - maşină

Comunicare cu PC şi sistemul de comandă control

Fig 3.1. Schema bloc de bază a echipamentelor numerice de protecŃie

. 3.1.1. Modulul de transformatoare Aceste circuite trebuie să fie capabile să proceseze semnale de curent alternativ preluate din

secundarele transformatoarelor de curent (1 A, 5 A) şi semnale de tensiune alternativă din

secundarele transformatoarelor de tensiune (3

100 V , 100 V ). Aceste semnale prin intermediul

unor adaptoare trebuie să se poată racorda direct la circuitele electronice de intrare de pe placa de bază.

Transformatoarele de intrare de curent şi de tensiune formează o barieră de izolare între cablajul extern şi circuitele interne ale terminalului. Ele adaptează valorile mărimilor de măsurat la circuitele statice şi împiedică accesul perturbaŃiilor în terminal.

La modulul de transformatoare se pot conecta în total zece mărimi de intrare, dintre care cinci transformatoare de tensiune şi cinci transformatoare de curent. Mărimile de intrare sunt următoarele:

trei curenŃi de fază; curentul homopolar al liniei protejate; curentul homopolar al circuitului paralel (dacă există) pentru compensarea efectului impedanŃei homopolare mutuale asupra măsurătorilor locatorului de defect;

trei tensiuni de fază; tensiunea din triunghiul deschis pentru linia protejată (pentru o protecŃie direcŃională opŃională la defecte cu pământul);

tensiunea de fază pentru funcŃia de sincronism şi de RAR.

Pentru adaptoarele de intrare de tensiune se pot adopta două soluŃii: - utilizarea dispozitivelor LEM în montaj voltmetric; - transformatoare de tensiune.


Adaptoarele de intrare de curent sunt realizate în general cu dispozitive LEM. Principiul de

funcŃionare al dispozitivului LEM este prezentat în fig. 3.2.

A

+15V

-15V

0 V

Ip Hs

Hp

IS

IC

VH

IS

RM

VM

Sondă Hall Miez magnetic toroidal

Circuit electronic de reacŃie

Fig. 3.2 Schema de principiu a circuitelor de adaptare de intensitate – LEM

Fluxul magnetic primar creat de curentul de măsurat în interiorul circuitului magnetic toroidal

este sesizat prin intermediul unei sonde Hall, iar tensiunea obŃinută la bornele sondei comandă un circuit electronic în aşa fel încât, curentul secundar debitat de acesta să creeze un flux egal şi de sens opus fluxului primar. Prin urmare intensitatea curentul secundar Is este direct proporŃională cu intensitatea curentului primar Ip şi are aceeaşi formă de variaŃie în timp.

De remarcat faptul că principiul de funcŃionare al dispozitivelor LEM, la flux practic nul, oferă o liniaritate deosebită, oferă separaŃia galvanică iar prin montajul tip "cleşte ampermetric" se rezolvă elegant problemele de stabilitate termică.

3.1.2. Modulul de conversie analog/numeric (digital) Modulul de conversie analog/numeric este conceput cu 10 intrări analogice, funcŃionând cu o

frecvenŃă de eşantionare de 2000 Hz. Are o lăŃime de bandă de 250 Hz şi o gamă dinamică pentru curenŃi , de la 0,01 la 100 · Ir , iar pentru tensiuni de la 0,01la 2

· Ur. Semnalele care sunt preluate de la transformatoarele de curent intermediare sunt adaptate la nivelul tensiunii electronice cu şunturi. Pentru a amplifica gama dinamică pentru intrările de curent, pentru fiecare curent de intrare se utilizează două şunturi cu canale analog/numeric separate.

Următorul pas în circulaŃia semnalului (fig 3.1) este filtrul analogic. Acest filtru este utilizat pentru a elimina problemele de semnale false.

Înainte ca semnalele de la convertorul analog/numeric să fie transmise la modulul principal de procesare, ele sunt filtrate cu un filtru trece bandă şi eşantionate în jos într-un procesor de semnal digital.

Transmisia de date între modulul de conversie analog/numeric şi modulul principal de procesare se realizează prin magistrală. Transmisia se realizează odată la fiecare milisecundă şi conŃine informaŃii despre toate semnalele analogice sosite (de intrare).


3.1.3. Modulul principal de procesare

Terminalul se bazează pe o proiectare de tip multiprocesor cu pipeline. În tehnica pipeline se execută simultan, dar decalat, mai multe instrucŃiuni, acest lucru realizându-se fără componente hardware suplimentare. Toate mărimile analogice sunt primite în cele maximum zece procesoare digitale de semnal (DSP). În aceste procesoare digitale de semnal se efectuează cea mai mare parte a proceselor de filtrare şi a calculelor.

Rezultatele calculelor efectuate în DSP-uri este trimis în fiecare milisecundă printr-o magistrală de tip paralel la controlerul principal. Controlerul principal serveşte de asemenea şi pentru legăturile seriale: o magistrală CAN (convertor analog-numeric) de mare viteză pentru modulele de intrare / ieşire şi trei legături seriale pentru diversele tipuri de comunicări ale MMI, explicate mai jos.

Controlerul principal ia toate deciziile, bazate pe informaŃiile furnizate de DSP-uri şi de intrările binare. Deciziile sunt apoi trimise la diverse module de ieşire şi la următoarele trei porturi de comunicare:

la modulul intern de MMI incluzând PC-ul conectat la panoul frontal, dacă există, pentru comunicare locală om - maşină;

la sistemul de monitorizare a staŃiei SMS(opŃional); la sistemul de control al staŃiei de distribuŃie SCS (opŃional);

Prin procesorul de semnal numeric, se realizează următoarele funcŃii: - achiziŃia semnalelor analogice cu o frecvenŃă de eşantionare de 1000 Hz (20fn) şi

menŃinerea acesteia constantă chiar la variaŃii ale frecvenŃei semnalului achiziŃionat; - achiziŃia semnalelor numerice, necesare algoritmilor de protecŃie şi automatizare, cu o

frecvenŃă de eşantionare de 1000 Hz; - filtrarea numerică a semnalelor analogice; - preluarea valorilor de reglaj ale protecŃiilor şi automatizărilor de la procesorul decizional

(master) în vederea evaluării variabilelor logice în procedurile de comparaŃie; - evaluarea variabilelor Booleene necesare tuturor funcŃiilor de protecŃie şi automatizare; - transmiterea variabilelor logice spre procesorul master; - calculul valorii efective şi a diverselor defazaje necesare funcŃiilor de protecŃie, automatizare

şi măsură; - memorarea în zona RAM static a eşantioanelor tuturor mărimilor analogice şi numerice în

vederea asigurării funcŃiei de perturbograf local. Transferul acestor date se face tot prin intermediul blocului microprocesorului master;

- depunerea în zona de memorie RAM biport a tuturor informaŃiilor necesare sistemului de supraveghere-control (SCADA) din staŃiile de transformare.

Prin procesorului decizional se asigură implementarea următoarelor: - funcŃia de comunicaŃie cu un calculator PC prin intermediul serialei RS 232C pentru

transmiterea reglajelor spre echipament şi pentru extragerea informaŃiilor din echipament în cadrul funcŃiei de perturbograf local;

- funcŃia de comunicaŃie în cadrul structurii SCADA, implementată la nivelul staŃiei de transformate, prin intermediul serialei field-bus, în buclă de curent. Este o funcŃie deosebit de importantă având în vedere că prin aceasta se asigură integrarea echipamentului de protecŃie, automatizare şi măsură în structurile de supraveghere şi control ale staŃiei;

- funcŃia de comunicaŃie locală operator-echipament prin porturile de interfaŃare cu tastatura şi afişajul cu cristale lichide;

- prelucrarea variabilelor logice preluate de la blocul microprocesor DSP pentru implementarea funcŃiilor de protecŃie şi automatizare. Procesorul master prelucrează numai variabile booleene şi este singurul care are o "imagine" de ansamblu asupra procesului


supravegheat. Având la dispoziŃie toate informaŃiile necesare poate lua deciziile majore de comandă declanşare, anclanşare şi de semnalizare;

- emiterea comenzilor de declanşare, anclanşare spre echipamentul primar de comutaŃie; - emiterea semnalizărilor de tip contact spre exterior, păstrând astfel compatibilitatea cu

actualele sisteme de supraveghere existente în staŃiile de transformare.

3.1.4. Modulul de alimentare şi intrările binare

Blocul surselor de alimentare este montat separat şi este ecranat pentru a evita perturbarea circuitelor electronice.

Modulul de alimentare şi de intrare / ieşire binară conŃine un convertor intern autoreglabil de c.c. / c.c. (DC/DC) care asigură o izolare totală între terminal şi sistemul extern de baterii. Asigură alimentarea cu diversele tensiuni necesare funcŃionării echipamentului. El include de asemenea contacte de intrare binare şi contacte binare de ieşire. Contactele de intrare şi o parte dintre contactele de ieşire sunt programabile independent. Un contact de ieşire este de tip normal închis şi conectat în permanenŃă la semnalele “defecŃiune internă” şi “pierdere a tensiunii auxiliare”. Toate contactele de ieşire sunt de tip releu de ieşire.

Gama largă a tensiunilor de intrare a convertorului DC/DC acoperă cele patru game de tensiuni de intrare într-o versiune, adică de la 24 la 30, de la 48 la 60, de la 110 la 125 şi de la 220 la 250, incluzând o toleranŃă de ±20%.

Caracteristica de funcŃionare a intrărilor binare se poate vedea în fig. 3.3.

300

176

144

88 72

38 33 19

18

FuncŃionare garantată

FuncŃionare incertă

NefuncŃionare garantată

Volt

RL1 sau RL2 24/30 V 48/60 V 110/125 V 220/250 V

Fig. 3.3 Caracteristica de funcŃionare a intrărilor binare

3.1.5. InterfaŃa om-maşină (MMI)

Prin intermediul acestei interfeŃe se realizează o comunicare între terminalul de protecŃie şi operator. Acest lucru se realizează prin mai multe moduri:

printr-un afişaj LCD, prin care se obŃin diverse informaŃii despre funcŃionarea terminalului de protecŃie. De asemenea aici sunt şi diverse butoane virtuale prin care se pot efectua diverse operaŃii de parametrizare;

grup de LED-uri, care oferă informaŃii despre starea terminalului de protecŃie la un anumit moment(în funcŃiune, oprit,defect, dacă terminalul este în mod de lucru test, terminalul este blocat, terminalul a avut o funcŃionare cu declanşare, etc);


conector optic pentru comunicarea cu PC-ul. Prin care se efectuază o comunicare mult mai elegantă cu terminalul, efectuându-se operaŃii de parametrizare, descărcare jurnale de evenimente, descărcărcări de osciloperturbografe.

PC-ul este conectat prin intermediul unui cablu special, care are înglobată o interfaŃă optică - electrică. Astfel se obŃine o comunicare locală serială fără perturbaŃii cu calculatorul personal.

Utilizarea PC-ului simplifică comunicarea cu terminalul de protecŃie şi dă utilizatorului câteva facilităŃi suplimentare, care, din lipsă de spaŃiu, nu sunt accesibile pe afişajul MMI.

3.1.6. Modulul intrărilor - ieşirilor binare Intrările binare sunt programabile liber şi pot fi utilizate pentru semnalele logice de intrare ale oricărei funcŃii. Ele pot fi de asemenea incluse în facilităŃile de înregistrare a perturbaŃiei şi de înregistrare a evenimentelor. Aceasta permite atât monitorizarea şi evaluare extensivă a funcŃionării terminalului însuşi, cât şi a tuturor circuitelor electrice asociate.

Un mare număr de semnale sunt disponibile pentru scopuri de semna-lizare în terminalul de protecŃie şi oricare dintre ele este programabil liber să comande oricare dintre releele de ieşire.

Pot fi disponibile mai multe module binare de intrare / ieşire. Fiecare modul cuprinde un număr de intrări binare izolate optic şi alt număr de contacte binare de ieşire. O parte dintre releele de ieşire au contacte cu capacitate de conectare ridicată (“Relee de comutaŃie şi de semnal”), în timp ce celelalte relee rămase sunt de tip reed şi exclusiv în scop de semnalizare.

Nivelul de tensiune al modulelor opŃionale binare de intrare / ieşire este selectabil la comandă şi poate fi diferit de nivelul de tensiune al modulului de alimentare şi de intrare / ieşire binară, dar toate modulele opŃionale de intrare - ieşire dintr-un terminal de protecŃie trebuie să aibă acelaşi nivel de tensiune. Caracteristica de funcŃionare a intrărilor binare ale celor trei nivele de tensiune se poate vedea în fig. 3.3.

3.1.6. Modulul de conexiune la magistrală Unul sau două module se pot aplica modulului principal de procesare, pe partea din spate a terminalului de protecŃie. Acest modul de comunicare de tip magistrală este utilizat pentru comunicare în interiorul SMS şi SCS.

Fibra optică de intrare este conectată la intrarea de recepŃie RX, iar fibra optică de ieşire la ieşirea de transmitere TX.

Modulul de conectare la magistrală poate fi prevăzut cu conectoare pentru două cabluri de fibră din plastic, două cabluri de fibre din sticlă, sau una din fiecare tip.

3.2. Filtrarea numerică, calculul valorii efective şi a defazajului mărimilor analogice de intrare

Filtrare numerică a semnalelor analogice şi numerice de intrare şi algoritmii de calcul ale

valorilor efective şi ale defazajelor mărimilor analogice de intrare fac parte din categoria algoritmilor generali implementaŃi în terminalele de protecŃie.

Filtrarea numerică a mărimilor de intrare analogice are drept scop rejecŃia componentei continue şi a armonicilor de ordin superior până la ordinul 9, prezente în spectrul tensiunilor şi curenŃilor prelucraŃi de echipament. Atât armonicile superioare cât şi componenta aperiodică nerejectate pot conduce la înrăutăŃirea preciziei de măsură.

Filtrarea numerică a mărimilor de intrare numerice se face pentru eliminarea fenomenelor tranzitorii de vibraŃii ale contactelor de intrare în echipament.


Filtrarea numerică a mărimilor de intrare analogice se se bazează pe două obiective prioritare: - răspunsul în frecvenŃă căt mai apropiat de cel necesar; - volum de calcule căt mai redus posibil. Alegerea metodei de calcul a mărimilor efective şi a diverselor defazaje se face în baza

următoarelor criterii: - precizie; - timp de răspuns corespunzător pentru prelucrarea în timp real; - simplitatea metodei. Calculul valorii efective şi a defajajului mărimilor analogice se poate efectua prin mai multe

metode: metoda valorii medii; metoda A4 modificată; metoda valorii efective directe; metoda Fourier sau metoda calcului în cuadratură.

3.3. FuncŃiile protecŃiilor numerice Prin intermediul terminalelor de protecŃie numerice se pot implementa în cadrul aceluiaşi

echipament mai multe funcŃii de protecŃie, măsură, automatizare şi control. Aceste funcŃii au fost codificate (abreviate) prin intermediul standardelor. În acest sens avem standardul ANSI/IEEE C37.2-Device numbers şi IEC 61850-5:Communication requirements for functions and device models / Annex A.

În cele ce urmează se vor folosi de asemenea şi denumirile si abrevierile definite în standardul SR IEC 60050 – Vocabular Electrotehnic International, precum şi urmatoarele definitii/abrevieri:

- unitate de control de celula/ BCU (Bay Control Unit) - echipament numeric care asigura controlul si supravegherea echipamentelor primare aferente celulei;

- releu multi-functional de protectie-RMFP/releu - echipament numeric care asigura functiuni de protectie destinate eliminarii defectelor si regimurilor anormale aparute la echipamentele primare aferente celulei;

- grupa de protectie 1(2)/GP1(2) - ansamblu de relee de protectie prevazut în dublura pentru asigurarea functionarii în siguranta a protectiilor prin relee;

- instalatie de teleprotectie 1(2)/TP1(2) - ansamblu de echipamente destinate sa realizeze comunicatiile dintre releele de protectie montate la capetele unei linii electrice de înalta tensiune;

- întreruptor - echipament primar care permite întreruperea circulatiei curentului printr-un element de retea electrica de înalta tensiune;

- separator - echipament primar care permite izolarea vizibila unui element de restul retelei electrice de înalta tensiune;

- transformator de curent/TC - echipament primar care permite alimentarea cu marimi alternative de curent a echipamentelor de control si de protectie ;

- transformator de tensiune/TT - echipament primar care permite alimentarea cu marimi alternative de tensiune a echipamentelor de control si de protectie;

- declanşare - deschiderea unui întreruptor de înalta tensiune de catre un releu de protectie-automatizare;

- anclasare - închiderea unui întreruptor de înalta tensiune de catre un releu de protectie-automatizare ;

- reanclansare automata rapida / RAR - secventa de declanşare-anclansare generata de un releu de protectie-automatizare;

- deconectare - deschiderea voita/(manuala) a unui echipament primar de comutatie (întreruptor, separator);


- conectare - închiderea voita/(manuala) a unui echipament primar de comutatie (întreruptor, separator) ;

- protectie la refuz de declanşare a întreruptorului / DRRI - protectie ce asigura eliminarea defectului în caz de refuz de actionare a întreruptorului;

- switch - interfata de acces în retelele de comunicatie de control-protecŃie. În tabelul 3.1 se prezintă codificările şi abrevierile pentru principalele funcŃii implementate în

terminalele de protecŃie. Tabel 3.1 Codificarea şi abrevierea principalelor funcŃii de protecŃie.

Denumire funcŃie Cod

CEI 61850-5 Cod ANSI IEEEC37.2

ProtecŃie de distanŃă PDIS 21 Supravegherea arderii siguranŃelor RFUF Sincronizare sau control al sincronismului RSYN 25 ProtecŃie la conectarea liniei pe defect /Switch On To Fault PIOC 50HS[SOTF] Blocaj la pendulaŃii RPSB 68 ProtecŃie la mers asincron PPAM 78 TeleprotecŃie / teledeclanşare RCPW 85 Reanclanşare automată rapidă / RAR RREC 79 ProtecŃie maximală de curent de fază instantanee PIOC 50 ProtecŃie maximală de curent de nul (homopolar) instantanee PIOC 50N ProtecŃie de “ciot”/maximală de curent de fază şi de nul PIOC 50 STUB ProtecŃie maximală de curent de fază temporizată PTOC 51 ProtecŃie maximală de curent de nul (homopolar) temporizată PTOC 51N ProtecŃie maximală de tensiune temporizată PTOV 59 FuncŃia de protecŃie de minimă frecvenŃă PFRQ 81 ProtecŃie maximală de curent de fază direcŃională PDOC 67 ProtecŃie maximală de curent nul(homopolar) direcŃională PDEF 67N Reanclanşare automată rapidă / RAR RREC 79 ProtecŃie de suprasarcină termică PTTR 49 ProtecŃie la refuz de întreruptor / DRRI PIOC /RBRF 50BF ProtecŃie de capăt (End Zone) PIOC 50EZ ProtecŃie diferenŃială de linie PLDF 87L ProtecŃie diferenŃială de trafo (de nod) PTDF/NOD 87T/nod ProtecŃie diferenŃială de bare PBDF 87BB Osciloperturbograf RDRE OSC Înregistrator de evenimente RDRS ER Locator de defecte RFLO FL FuncŃie interblocaj (blocare separatoare, întreruptoare, CLP) CILO FuncŃie de control CSWI FuncŃie de masură (I,U,f,P,Q) MMXU FuncŃie de contorizare pentru decontare comercială MMTR

Marea majoritate a acestor funcŃii sunt implementate numai în terminalele de protecŃie, o mică

parte sunt implementate şi în terminalele de protecŃie şi în terminalele de comandă, iar o mică parte sunt implementate numai în terminalele de comandă.

În continuare se vor explica cele mai importante dintre funcŃiile care au fost prezentate în tabelul 3.1.


3.3.1. ProtecŃia de distanŃă (PDIS, 21)

ProtecŃia de distanŃă realizează măsurarea distanŃei electrice dintre locul de montare a terminalului de protecŃie şi locul de defect şi în funcŃie de distanŃa electrică măsurată (impedanŃa până la locul de defect) va declanşa întreruptorul celulei cu un timp care este cu atât mai mic cu cât defectul se află mai aproape de locul de montare a terminalului de protecŃie. La liniile electrice distanŃa electrică este direct proporŃională cu distanŃa fizică cu condiŃia ca linia electrică să nu aibă compensare longitudinală.

ProtecŃia de distanŃă se implementează în toate terminalele de protecŃie care protejează liniile electrice, iar în ultimul timp şi în terminalele de protecŃie construite pentru transformatoare, autotransformatoare şi generatoare.

O bună protecŃia de distanŃă trebuie să respecte următoarele: - să sesizeze scurtcircuitele din orice punct al elementului protejat; - să fie insensibilă la suprasarcini; - să sesizeze toate tipurile de scurtcircuite, inclusiv cele prin rezistenŃă mare de punere la

pământ ; - să acŃioneze indiferent de regimul de funcŃionare a sistemului; - să fie rapidă; - să nu fie afectată de supratensiuni atmosferice şi de comutaŃie. Fiecare protecŃie de distanŃă are implementate caracteristici de funcŃionare. Acestea se

prezintă în planul complex al impedanŃelor şi servesc la delimitarea domeniului de acŃionare faŃă de domeniul de blocare al acestora. Caracteristicile de funcŃionare de pornire şi de măsură sunt reprezentate prin curbe în planul jX ,R.

Dacă protecŃiile clasice de distanŃă dispuneau de o caracteistică de demaraj şi una de măsură de obicei reprezentate de curbe continue închise tip circulare, conice de tip elipsă sau curbe continue deschise de tip dreaptă sau hiperbolă, la protecŃiile numerice acestea sau modificat radical. Astfel pentru funcŃia de protecŃie de distanŃă din terminalele numerice se folosesc caracteristici discontinue, care se obŃin dintr-un acelaşi tip de caracteristică elementară (de exemplu dreaptă) care îşi modifică discret un parametru (de exemplu panta), obŃinându-se caracteristici poligonale de forma unor patrulatere (poligoane), mărindu-se astfel sensibilitatea protecŃiei.

Fiecare protecŃie de distanŃă dispune de mai multe trepte de impedanŃă. Fiecare treaptă de impedanŃă poate fi parametrizată prin intermediul mai multor parametri. De asemenea fiecare treaptă de distanŃă are caracteristici separate pentru defecte cu pământul şi defecte în buclă (polifazate).

În figura 3.4 se prezintă caracteristica de funcŃionare, implemantateă pentru o treaptă a protecŃiei de distanŃă, într-un terminal de protecŃie.


R

jX E

O

A

B

X1

-X1

R1 -R1

C

D G

DirecŃie faŃă

DirecŃie spate

Fig. 3.4 Exemplu de caracteristică de funcŃionare pentru o treaptă a protecŃiei de distanŃă Din figura 3.4 se pot observa următoarele: - caracteristicile sunt de tip poligonal şi se disting două zone, una pe direcŃie faŃă şi alta pe

direcŃie spate; - patrulaterul OAEB reprezintă caracteristica de funcŃionare pe direcŃie faŃă pentru defecte

polifazate aferente treptei 1. Atunci când vectorul impedanŃă se găseşte în interiorul acestul patrulater înseamnă că avem un defect în treapta 1 pe direcŃia faŃă;

- patrulaterul OCGD reprezintă caracteristica de funcŃionare pe direcŃie spate pentru defecte polifazate aferente treptei 1. Atunci când vectorul impedanŃă se găseşte în interiorul acestul patrulater înseamnă că avem un defect în treapta 1 pe direcŃia spate.

După cum se ştie, la liniile electrice şi în special la cele aeriene, majoritatea scurtcircuitelor nu sunt metalice ci prin arc electric. RezistenŃa arcului electric care intervin în determinarea impedanŃei buclei de scurtcircuit nu are o valoare constantă, ci variază cu lungimea acestuia şi cu valoarea curentului de scurtcircuit. De asemenea anumite defecte care apar în reŃea nu sunt defecte direct la pământ ci sunt datorate anumitor componente de vegetaŃie care ajunge din diverse motive în contact cu reŃeaua electrică. Acest lucru determină un defect cu rezitenŃă mare de defect.

În figura 3.5 se prezintă efectul pe care îl are arcul electric asupra impedanŃei de defect.

R

jX

jXd dZ 1Z 2Z

Ra1

Rd

Ra2

Fig. 3.5 Efectul arcului electric asupra impedanŃei de defect

În figura 3.5 putem observa că impedanŃa liniei până la locul de defect este dZ cu unghiul de

scurtcircuit dϕ . Presupunem că la locul de defect ar apărea pe rând rezistenŃele de arc 1aR şi 2aR cu

2aR > 1aR . ImpedanŃele măsurate de terminalul de protecŃie în cele două cazuri vor fi 1Z şi 2Z cu


unghiurile de scurtcircuit 1ϕ respectiv 2ϕ . Se poate concluziona că odată cu creşterea rezistenŃei de arc, impedanŃa măsurată de terminalul de protecŃie creşte, iar unghiul de scurtcircuit scade.

Avănd în vedere că rezistenŃa de arc apare în special la defecte cu pământul se vor construi caracteristici separate pentru defecte cu pământul şi defecte în buclă (polifazate). Suplimentar pentru a compensa rezistenŃa de arc caracteristicile de funcŃionare se vor construi după un anumit unghi faŃă de axe.

În figura 3.6 se prezintă caracteristica de funcŃionare, implemantateă pentru o treaptă a protecŃiei de distanŃă, într-un terminal de protecŃie construită sub unghi faŃă de axa X.

R

jX

O

A

Cp

D Gp

DirecŃie faŃă

DirecŃie spate

A ,

D

,

Bp

Ep

Fig. 3.6 Exemplu de caracteristică de funcŃionare pentru defecte cu pământul construită sub un

unghi faŃă de axa X Din figura 3.6 se pot observa următoarele: - caracteristicile sunt de tip poligonal şi se disting două zone, una pe direcŃie faŃă şi alta pe

direcŃie spate; - patrulaterul OA'AEpBp reprezintă caracteristica de funcŃionare pe direcŃie faŃă pentru defecte

cu pământul. Atunci când vectorul impedanŃă se găseşte în interiorul acestul patrulater înseamnă că avem un defect pe direcŃia faŃă;

- patrulaterul OD'DGpCp reprezintă caracteristica de funcŃionare pe direcŃie spate pentru defecte cu pământul. Atunci când vectorul impedanŃă se găseşte în interiorul acestul patrulater înseamnă că avem un defect pe direcŃia spate.

Dacă un terminal de protecŃie protejază o linie electrcă şi puternic încărcată poate să existe posibilitatea ca acesta să demareze la suprasarcină.

În figura 3.7 se prezintă vectorii impedanŃă măsuraŃii de un terminal de protecŃie la un defect şi la o suprasarcină.

R

jX

φd

φsuprasarcină

dZ

rasarcinăZ sup

Fig. 3.7 Vectorii impedanŃă la un scurtcircuit şi la suprasarcină


Din figura 3.7 se observă că unghiul dintre impedanŃa măsurată la defect şi axa R este mai

mare faŃă unghiul dintre impedanŃei la suprasarcină şi axa R. Prin urmare dacă avem de a face cu suprasarcini vectorul impedanŃă măsurat este apropiat de axa R.

Pentru a se evita demararea protecŃiei de distanŃă la suprasarcini caracteristicile de demaraj vor fi costruite Ńinându-se seama de:

caracteristica poligonală a demarajului, spre deosebire de caracteristicile aferente treptelor, se caracterizează printr-o decupare pe direcŃia axei R, care asigură desensibilizarea la demaraj pentru impedanŃe Z cu unghi mic, ce corespund unor situaŃii de suprasarcină (patrulaterul ABCD în fig. 3.8);

vor exista două valori ale lui R : corespunzătoare lăŃimii pe axa R pentru impedanŃe cu unghi mic respectiv laŃimii pe axa R pentru impedanŃe cu unghi mare;

decuparea mai este descrisă de asemenea de două drepte înclinate sub unghi α. Se observă că această caracteristică permite ca, o impedanŃă de suprasarcină, care este întotdeauna caracterizată prin unghi mic, să nu ducă la demarajul protecŃiei de distanŃă.

În figura 3.8 se prezintă o caracteristică de demaraj care evită demarajul la suprasarcină.

R

jX

dZ

rasarcinăZ sup

B

A D

C

Fig. 3.8 Caracteristică de demaraj care evită demarajul la suprasarcină

În figura 3.9 se prezintă caracteristicile de funcŃionare de demaraj şi de măsură implementate

pentru protecŃia de distanŃă dintr-un terminal de protecŃie tip 7 SA 522, care protejează un autotransformator.


R

X Z1 Z1E Z2 Z2E Z3 Z3E Z4 Z4E Z5 Z5E

Fig. 3.9 Exemplu de caracteristici pentru protecŃia de distanŃă dintr-un terminal tip 7 SA 522

Din figura 3.9 se pot observa următoarele: - protecŃia de distanŃă are implementate 10 caracteristici, patru de măsură şi una de demaraj

pentru defecte cu pământul şi patru de măsură şi una de demaraj pentru defecte polifazate; - treptele Z1(Z1E), Z2(Z2E), Z3(Z3) sunt parametrizate pe direcŃia faŃă, treapta Z4(Z4E) este

parametrizată pe direcŃia spate iar treapta Z5(Z5E) este treapta de demaraj. Pentru fiecare treaptă de reglaj se prevede şi o temporizare.

Caracteristica de temporizare este curba care reprezintă variaŃia timpului de acŃionare al protecŃiei în funcŃie de distanŃă până la locul de defect.

Cele mai des întâlnite sut caracteristicile de temporizare în trepte. Denumirea lor este determinată de creşterea timpului de acŃionare în trepte, sub formă de salturi, odată cu creşterea distanŃei. Temporizările protecŃiei rămân în acest caz constante în limitele unor anumite distanŃe, care se numesc zone.

În figura 3.10 se prezintă un exemplu de caracteristică de temporizare în trepte pentru o protecŃie cu patru trepte de distanŃă.

A B C D

G1 G2

t1 t2 t3 t4 t5

Z2 Z1

Z3 Z4

Z

Z5

t

Fig. 3.10 Caracteristică de temporizare în trepte pentru o protecŃie cu patru trepte de distanŃă


3.3.2. Supravegherea arderii siguranŃelor (RFUF)

Această funcŃie de protecŃie este necesară atunci când terminalul de protecŃie are implementată funcŃia de protecŃie de distanŃă şi aceasta este activă. Ea este necesară pentru a se evita declanşarea întreruptorului elementului protejat de terminalul de protecŃie atunci când prin elementul de reŃea protejat avem o circulaŃie importanŃă de putere (curent mare) şi din diverse motive una sau mai multe tensiuni secundare care alimentează terminalul nu mai ajung la acesta.

Aceste motive pot fi: - siguranŃele automate aferente grupului de măsură au declanşat ca urmare a unui scurtcircuit

în circuitele secundare de tensiune; - pe circuitele secundare de tensiune au apărut întreruperi de tensiune pe una sau mai multe

faze. Dacă aceste evenimente se produc terminalul de protecŃie este alimentat cu curenŃi de sarcină

mari şi cel puŃin pe o fază cu tensiune zero. În aceste condiŃii impedanŃa măsurată de protecŃia de distanŃă este mai mică decât impedanŃa de demaraj şi prin urmare se va lua decizia de declanşare a întreruptorului.

Pentru a se evita astfel de evenimente nedorite a fost implementată acestă funcŃie, care are rolul de a bloca funcŃionarea protecŃiei de distanŃă când un astfel de eveniment s-ar produce.

Blocarea protecŃiei de distanŃă se realizează deci prin intermediul funcŃiei de supraveghere a siguranŃelor atunci când se îndeplinesc independent următoarele:

- siguranŃa automată aferente grupului de măsură care alimentează terminalul de protecŃie a declanşat ca urmare a unui scurtcircuit în circuitele secundare de tensiune. Acest lucru este cunoscut printr-un contact auxiliar al siguranŃelor automate, care activează în principiu o intrare numerică în terminalul de protecŃie;

- prin controlul tensiuni homopolare şi a curentului homopolar. Atunci când avem tensiune homopolară şi curent homopolar, înseamnă că avem un defect mono sau bipolar cu pământul, iar dacă avem tensiune homopolară fără curent homopolar înseamnă că nu avem defect ci sunt probleme pe circuitele de tensiune;

- prin controlul tensiunilor de fază şi a curenŃilor de fază.Atunci când tensiunile de fază scad sub o anumită valoare, iar curenŃii se află între o valoare minimă (linia nu este în gol ) şi o valoare maximă (nu avem scurtcircuit) înseamnă că avem probleme cu toate tensiunile.Acest algoritm poate fi îmbunătăŃit dacă se controlează suplimentar şi tensiune de pe bară. În acest caz se consideră a fi probleme cu circuitele de tensiune, dacă pe lângă cele enunŃate la acest punct se adaugă şi condiŃia ca tensiunea de pe bară să fie mai mare decât o valoare prestabilită.

3.3.3. Sincronizare sau control al sincronismului (RSYN, 25) Rolul acestei funcŃii este acela de a verifica condiŃiile de sincronism atunci când se doreşte

conectarea întreruptorului sau atunci când se doreşte reanclanşarea întreruptorului după un defect, iar automatizarea de reanclanşare automată este validă. Verificarea condiŃiilor de sincronizare la conectarea voită a întreruptorului se efectuează de regulă de terminalele de comandă, dar suplimentar se pot efectua şi prin intermediul terminalelor de protecŃie.

În general condiŃiile de sincronizare care se folosesc la conectare diferă de cele care se folosesc la reanclanşare. De asemenea condiŃiile de sincronizare folosite în cele două terminale se obişnuieşte a fi setate diferit. CondiŃiile mai dure se implementează în terminalele de comandă, iar cele mai puŃin dure în terminale de protecŃie.

Pentru a se putea efectua aceste verificări este necesar ca terminalul de protecŃie să fie alimentat cu tensiunile din ambele părŃi ale întreruptorului, adică atât tensiunile din linie cât şi tensiunile de pe bară. Având în vedere că este suficient ca această verificare să fie făcută pe o


singură fază, pe lângă tensiunile de fază din linie, de pe bară se aduce doar o singură tensiune (de obicei faza S).

Oprimă condiŃie pentru ca operaŃiile de conectare şi respectiv reanclanşare să fie permise este necesar ca siguranŃele automată aferente grupului de măsură linie şi bară să nu fi declanşat ca urmare a unui scurtcircuit în circuitele secundare de tensiune.

Dacă aceaste condiŃii sunt îndeplinite se verifică celelatle condiŃii independente astfel: - pe unul dintre poli întreruptorului să nu avem tensiune(linie sau bară); - dacă avem tensiune pe ambi poli ai întreruptorului este necesar ca:

tensiunile să depăşescă o valoare prestabilită; diferenŃa amplitudinilor celor două tensiuni să fie sub pragul setat; diferenŃă unghiurilor de fază ale celor două tensiuni să fie sub pragul reglat; diferenŃa dintre frecvenŃele tensiunilor să fie sub pragul reglat.

3.3.4. ProtecŃie la conectarea liniei pe defect /Switch On To Fault (PIOC , 50HS[SOTF])

FuncŃia se activează, prin intermediul unui contact al releului de copiere a comenzii manuale

de conectare a întreruptorului sau când a fost iniŃiată o comandă de conectare prin intermediul sistemului de comandă control. După activare, zona aleasă poate emite instantaneu impuls de declanşare atunci când comanda manuală este însotită de un demaraj al protecŃiei sau daca se depăşeşte o valoare prestabilită a curenŃilor de fază. FuncŃia de conectare pe defect este menŃinută pentru un interval de timp după îndeplinirea condiŃiei de activare.

Uneori activarea se poate face şi prin simularea poziŃiei deschis a întreruptorului. În acest caz se efectuează o schemă logică `` şi `` din următoarele condiŃii :

- curenŃii de fază sunt sub o valoare de prag; - tensiunile de fază din linie sunt sub o valoare de prag; - siguranŃele automate aferente grupului de măsură nu sunt deconectate. 3.3.5. ProtecŃie de suprasarcină termică (PTTR , 49) Această protecŃie este o protecŃie la suprasarcină cu imagine termică. Imaginea termică trebuie

să fie realizată pe baza valorii maxime a celor trei curenŃi pe fază şi să integreze şi încălzirea cumulată în perioada de timp anterioară instalării suprasarcinii.ProtecŃia trebuie să Ńină seama de: constanta termică de timp a elementului de protejat; sarcina termică acumulată; temperatura măsurată reactualizată a agentului de răcire; temperaturam maximă a agentului de răcire permisă şi temperatura maximă permisă a elementului protejat.

FuncŃia de protecŃie poate să aibă doua trepte de acŃionare reglabile, una pentru alarmă şi a doua pentru declanşare.

3.3.6. ProtecŃie maximală de curent de fază instantanee (PIOC , 50) FuncŃia de protecŃie maximală de curent, nedirecŃională, instantanee asigură eliminarea rapidă

(timpul de eliminare este egal cu suma timpilor de decizie a protecŃiei şi de deschidere întreruptor) a scurtcircuitelor însoŃite de valori mari ale intensităŃii curenŃilor de fază. Această funcŃie verifică curenŃii pe cele trei faze şi la depăşirea valorii reglate a curentului pe orice fază se comandă declanşarea instantanee a întreruptorului. FuncŃia poate fi utilizată în acele cazuri în care se poate stabili un reglaj corespunzător astfel încât acŃionarea să se producă numai la defecte în zona protejată, având în vedere că protecŃia este nedirecŃională şi netemporizată. ProtecŃia sezizează toate tipurile de scurtcircuite. ProtecŃia se poate utiliza în scheme cu alimentare radială.

În figura 3.11 se prezintă schema logică de funcŃionărinare a acestei protecŃii.


Fig. 3.11 Schema logică de funcŃionare a protecŃiei maximale de curent de fază instantanee

3.3.7. ProtecŃie maximală de curent de fază temporizată (PTOC , 51) FuncŃia de protecŃie maximală de curent, nedirecŃională, temporizată asigură eliminarea

temporizată a scurtcircuitelor însoŃite de valori mari ale intensităŃii curenŃilor. Această funcŃie verifică curenŃii pe cele trei faze şi la depăşirea valorii reglate a curentului pe orice fază şi menŃinerea acestei valorii un timp egal cu cel reglat se comandă declanşarea întreruptorului.


Fig. 3.12 Schema logică de funcŃionare a protecŃiei maximale de curent de fază temporizată

ProtecŃia se poate utiliza în scheme cu alimentare radială. Din punct de vedere al caracteristicilor de declanşare se pot întâlni caracteristici de timp

dependente, independente sau combinate. În figura 3.13. se prezintă o caracteristică de acŃionare a protecŃiei maximale de curent cu

caracteristică t= f(I) combinată.

I

t

0

I START I L

I II III

Fig. 3.13 Caracteristica de acŃionare a protecŃiei maximale de curent


cu caracteristică t= f(I) combinată Analizând figura se observă trei zone: - zona I. ∞=t pentru STARTII < ;

- zona II t - definit de una din relatiile (3.29)…(3.32) pentru LSTART III <≤ ;

- zona III t Tdecl= (definit prin LI ) pentru LII ≥ Pentru zona II se pot alege următoarele tipuri de caracteristici : - caracteristică foarte inversă, definită de relaŃia (3.29)

b

b

timpT

I

I

Kt +

−

⋅=

1

14,002,0

pentru I ISTART≥ (3.29);

- caracteristică normal inversă, definită de relaŃia (3.30)

tK

I

I

Ttimp

b

b=⋅

−

+13 5

1

, pentru I ISTART≥ (3.30);

- caracteristică extrem inversă, definită de relaŃia (3.31)

- tK

I

I

Ttimp

b

b=⋅

−

+80

12

pentru I ISTART≥ (3.31);

- caracteristică defect T lung, definită de relaŃia (3.32)

- tK

I

I

Ttimp

b

b=⋅

−

+120

1

pentru I ISTART≥ (3.32).

Valorile: STARTbbtimp IITK ,,, sunt parametrizabile.

Caracteristicile independente seamănă foarte mult cu cea din figura 3.28 cu observaŃia că curba din zona II devine o dreaptă paralelă cu abscisa. 3.3.8. ProtecŃie maximală de curent de fază direcŃională (PDOC ,67) FuncŃia de protecŃie maximală de curent, direcŃională, temporizată asigură eliminarea

temporizată a scurtcircuitelor însoŃite de valori mari ale intensităŃii curenŃilor, atunci când direcŃia curentului de scurtcircuit este corespunzătoare. Aceste protecŃii se parametrizează de obicei astfel încât să sesizeze defecte în faŃă.


Fig. 3.14 Schema logică de funcŃionare a protecŃiei maximale de curent de fază direcŃională


ProtecŃia se utilizează în scheme cu alimentare buclată, unde avem mai multe surse şi prin urmare pe un element de reŃea pot circula curenŃii de scurtcircuit în amble sensuri.

Din punct de vedere al caracteristicilor de declanşare se pot întâlni caracteristici de timp dependente, independente sau combinate. Acestea sunt identice cu cele prezentate la protecŃia maximală de curent temporizată.

Controlul direcŃiei se efectuează prin măsurarea defazajului dintre curentul de fază şi tensiunea de linie dintre celelalte două faze (schemă de alimentare de 90˚). Dacă s-ar utiliza curentul şi tensiunea omoloagă de fază atunci ar exista riscul ca la defecte foarte apropiate de locul de montare tensiunea să fie foarte apropiată de zero şi unghiul dintre ele să fie măsurat cu o eroare foarte mare.

Pentru a se înŃelege mai bine în figura 3.15se prezintă o diagramă vectorială a mărimilor de interes în regim normal, iar în figura 3.16 se prezintă o diagramă vectorială în regim de scurtcircuit monofazat al fazei R la pământ.

Fig. 3.15 Diagrama vectorială a curenŃilor de fază, a tensiunilor de fază şi de linie în regim normal


Zonă acŃionare

Zonă blocare

Fig. 3.16 Diagrama vectorială a curenŃilor de fază, a tensiunilor de fază şi a tensiunii de linie RSU

în regim de scurtcircuit monofazat al fazei R la pământ

Din figura 3.16 se observă şi zona de acŃionare şi respectiv de blocare din punct de vedere al direcŃionări. Zona de acŃionare este aceea în care între curentul de fază de defect şi tensiunea faŃă de care se calculează defazajul este cuprins între 120˚ capacitiv şi 60˚ inductiv. Unghiul de sensibilitate maximă se regăseşte la 30˚ capacitiv.

3.3.9. ProtecŃie maximală de curent de nul (homopolar) instantanee (PIOC , 50N)

FuncŃia de protecŃie maximală de curent de nul , nedirecŃională, instantanee asigură eliminarea

rapidă a scurtcircuitelor însoŃite de o valoare mare ale curentului homopolar, adică în cazul defectelor cu pământul. Prin urmare protecŃia nu va funcŃiona în cazul defectelor trifazate simetrice.


Fig. 3.17 Schema logică de funcŃionare a protecŃiei maximale de curent de nul instantanee Curentul homopolar 0I se calculează de către terminalul de protecŃie pe baza curenŃilor de

fază conform relaŃiei (3.33).

TSR IIII ++=03 (3.33) Această funcŃie verifică curentul homopolar şi la depăşirea valorii reglate a curentului se

comandă declanşarea instantanee a întreruptorului. FuncŃia poate fi utilizată în acele cazuri în care se poate stabili un reglaj corespunzător astfel încât acŃionarea să se producă numai la defecte în zona protejată, având în vedere că protecŃia este nedirecŃională şi netemporizată. ProtecŃia sezizează scurtcircuitele care au loc cu pământul. ProtecŃia se poate utiliza în scheme cu alimentare radială.


3.3.10. ProtecŃie maximală de curent de nul (homopolar) temporizată (PTOC , 51N)

FuncŃia de protecŃie maximală de curent homopolar, nedirecŃională, temporizată asigură eliminarea temporizată a scurtcircuitelor însoŃite de o valoare mare ale curentului homopolar, adică în cazul defectelor cu pământul.. Această funcŃie verifică curentul homopolar şi la depăşirea valorii reglate a şi menŃinerea acestei valorii un timp egal cu cel reglat se comandă declanşarea întreruptorului.


Fig. 3.18 Schema logică de funcŃionare a protecŃiei maximale de curent de nul temporizată

Curentul homopolar 0I se calculează de către terminalul de protecŃie pe baza curenŃilor de

fază conform relaŃiei (3.33). ProtecŃia se poate utiliza în scheme cu alimentare radială. Din punct de vedere al caracteristicilor de declanşare se pot întâlni caracteristici de timp

dependente, independente sau combinate. Aceste au fost prezentate la punctul 3.3.7.

3.3.11. ProtecŃie maximală de curent nul(homopolar) direcŃională (PDEF , 67N)

FuncŃia de protecŃie maximală de curent homopolar, direcŃională, temporizată asigură eliminarea temporizată a scurtcircuitelor însoŃite de o valoare mare ale curentului homopolar, adică în cazul defectelor cu pământul atunci când direcŃia curentului de scurtcircuit este corespunzătoare. Aceste protecŃii se parametrizează de obicei astfel încât să sesizeze defecte în faŃă.


Fig. 3.19 Schema logică de funcŃionare a protecŃiei maximale de curent de nul direcŃională ProtecŃia se utilizează în scheme cu alimentare buclată, unde avem mai multe surse şi prin

urmare pe un element de reŃea pot circula curenŃii de scurtcircuit în amble sensuri. Din punct de vedere al caracteristicilor de declanşare se pot întâlni caracteristici de timp

dependente, independente sau combinate. Acestea sunt identice cu cele prezentate la punctul 3.3.7. Controlul direcŃiei se efectuează prin măsurarea defazajului dintre curentul homopolar 0I şi

tensiunea homopolară 0U , care se calculează de către terminalul de protecŃie pe baza tensiunilor de

fază conform relaŃiei (3.34).

TSR UUUU ++=03 (3.34).

În figura 3.20 se prezintă o diagramă vectorială a mărimilor de interes în regim normal, iar în figura 3.21 se prezintă o diagramă vectorială în regim de scurtcircuit monofazat al fazei R la pământ cu reprezentarea curentului şi tensiunii homopolare.


Fig. 3.20 Diagrama vectorială a curenŃilor de fază şi a tensiunilor de fază în regim normal

Zonă acŃionare

Zonă blocare

+

Fig. 3.21 Diagrama vectorială a curenŃilor de fază, a tensiunilor de fază, a curentului şi tensiunii homopolare în regim de scurtcircuit


Din figura 3.21 se observă şi zona de acŃionare şi respectiv de blocare din punct de vedere al direcŃionări. Zona de acŃionare este aceea în care între curentul homopolar şi tensiunea homopolară faŃă de care se calculează defazajul este cuprins între 160˚ inductiv şi 20˚ capacitiv. Unghiul de sensibilitate maximă se regăseşte la 110˚ capacitiv.

3.3.12. ProtecŃie maximală de tensiune temporizată (PTOV , 59) FuncŃia de protecŃie maximală de tensiune funŃionează pe baza măsurării valorilor celor trei

tensiuni între faze şi a celor trei tensiuni de fază. ProtecŃia are rolul de a sesiza supratensiuni simetrice de natură să pericliteze izolaŃia reŃelei. FuncŃia de protecŃie maximală de tensiune demarează dacă valoarea tensiunilor supravegheate depăşeşte valoarea de acŃionare reglată şi după menŃinea acestei depăşiri un timp egal cu perioada reglată, determinâ declanşarea întreruptorului local şi transmiterea unei comenzii de declanşare a întreruptorului de la capătul liniei prin instalaŃia de teleprotecŃie. Caracteristicile de declanşare tensiune-timp sunt de tip caracteristică independentă şi are cel puŃin două trepte reglabile.


Declanşare locală

Declanşare capăt opus

Fig. 3.22 Schema logică de funcŃionare a protecŃiei maximale de tensiune temporizată 3.3.13. FuncŃia de protecŃie de minimă frecvenŃă (PFRQ , 81)

FuncŃia de protecŃie de minimă frecvenŃă funcŃionează pe baza măsurării frecvenŃei unei

tensiuni selectate. FuncŃia de protecŃie de minimă frecvenŃă demarează dacă valoarea frecvenŃei supravegheate scade sub valoarea de acŃionare reglată şi porneşte temporizarea. După trecerea perioadei de timp comandă declanşarea întreruptorului. Caracteristicile de declanşare tensiune-timp sunt de tip caracteristică independentă şi are cel puŃin două trepte reglabile.


f ≤ f 1 reglat t 1 ≥ t 1 reglat Declanşare 1

f ≤ f 2 reglat t 2 ≥ t 2 reglat Declanşare 2

Fig. 3.23 Schema logică de funcŃionare a protecŃiei minimale de frecvenşă temporizată


3.3.14. Blocaj la pendulaŃii (RPSB , 68)

PendulaŃiile de putere reprezintă un regim anormal de funcŃionare a sistemului electroenergetic caracterizat de variaŃii ale circulaŃiei de putere cauzate de alunecarea relativă a tensiunii generatoarelor în diferite puncte din sistem. VariaŃiile circulaŃiei de putere, deşi menŃin sistemele de tensiuni şi curenŃi simetrice, determină variaŃii ale impedanŃelor măsurate de protecŃia de distanŃă (atât ca modul cât şi ca fază ) care pot conduce la declanşarea liniei.

Ca rezultat al pendulaŃiilor de putere, impedanŃele măsurate de protecŃia de distanŃă pot trece din zona de sarcină normală în zonele de acŃionare ale treptelor de impedanŃă şi pot conduce la declanşare.

FuncŃia de blocare a protecŃiei de distanŃă la pendulaŃii de putere funcŃionează pe baza măsurării impedanŃei aparente şi are rolul de blocare a acŃionării funcŃiei de protecŃie de distanta provocată de prezenŃa unor instabilităŃi în sistemul energetic (care se manifestă sub forma unor pendulaŃii de putere).

Sesizarea pendulaŃiilor se bazează pe criteriul vitezei de scădere a impedantei aparente măsurate. Viteza de scădere a impedanŃei se bazează pe măsurarea intervalului de timp, necesar fazorului impedanŃei aparente de a parcurge zona cuprinsă între 2 poligoane (contururi) din planul complex.

Coordonatele celor doua contururi sunt reglabile în planul complex. FuncŃia permite reglarea independentă a două temporizări, în scopul sesizării de oscilaŃii cu

viteze de alunecare diferite. În prezenŃa pendulaŃiilor de putere identificate se interzic comenzile de declanşare a protecŃiei

de distanŃă (opŃional se interzice numai treapta 1, sau se interzic toate treptele protecŃiei de distanŃă). Dacă pe durata existenŃei pendulaŃiilor de putere se produce un scurtcircuit în zona protejată interdicŃia de declanşare a protecŃiei de distanŃă trebuie anulată.

În figura 3.24 se arată modul de variaŃie a impedanŃei la scurtcircuit (1) şi la o pendulaŃie de putere (2).

R

jX

scurtcircuit (1)

pendulaŃii (2)

Poligon demaraj

Fig. 3.24 Explicativă pentru modul de variaŃie a impedanŃei la scurtcircuit şi la pendulaŃii de putere


3.3.15. ProtecŃie la refuz de întreruptor (DRRI) / (PIOC /RBRF , 50BF)

După cum am văzut, rolul instalaŃiilor de protecŃie este acela de a detecta diverse defecte din reŃea şi de a separa elementul avariat în cel mai scurt timp posibil. În practică există însă cazuri în care chiar dacă terminalul de protecŃie a detectat defectul, a luat decizia corectă de declanşare a întreruptorului (sau întreruptoarelor), din diverse cauze deschiderea întreruptorului să nu se producă.

Aceste cauze pot fi diverse spre exemplu: întreruperi ale circuitelor de declanşare între terminalul de protecŃie şi întreruptor; defecŃiuni în circuitele electrice de declanşare ale întreruptorului; defecŃiuni de natură tehnologică ale întrerupătoarelor (mecanice, hidraulice, etc).

Nedeschiderea întreruptorului duce la neeliminarea defectului şi poate avea consecinŃe grave asupra celorlalte instalaŃii.

Pentru a soluŃiona o astfel de posibilitate a fost creată protecŃia de refuz de întreruptor. Această funcŃie realizează în două trepte următoarele:

treapta 1 realizează repetarea impulsului de declanşare monofazat sau trifazat la cea de a doua bobină de declanşare a întreruptorului care a refuzat declanşarea. Acest lucru se realizează preventiv, poartă denumirea de retrip şi se realizează netemporizat ( t=0 s );

treapta 2 cu o temporizare suficient de mică, dar aleasă astfel încât să rezulte clar că avem de a face cu un refuz (circa 0.15 s) se va emite impuls de declanşare trifazată definitivă pentru toate întreruptoarele barei pe care se află şi întreruptorul cu refuz. De asemenea pentru celulele de LEA se va emite şi impuls de blocare a funcŃiei de RAR (reanclanşare automată rapidă). În general pentru pornirea treptei 2 trebuiesc indeplinite simultan două condiŃii; cel puŃin o funcŃie de protecŃie să fi emis impuls de declanşare şi curentul pe cel puŃin o fază să fie mai mare decât o valoare reglată.

3.3.16. ProtecŃie de capăt (End Zone) / (PIOC , 50EZ) Această funcŃie de protecŃie a fost concepută pentru a rezolva o situaŃie specială care poate

apărea în cadrul instalaŃiilor din SEN. Presupunem că avem o LEA care face legătura între două staŃii de transformare şi care se

află în următoarea situaŃie: în una din staŃii întreruptorul este închis, iar în capătul opus intreruptorul este deschis. O situaŃie specială poate apare dacă în aceste condiŃii apare un scurtcircuit între întreruptorul deconectat şi transformatorii de curent din respectiva celulă.

În figura 3.25 se prezintă o schema electrică monofilară a unei LEA care face legătura între staŃia de transformare A şi staŃia B. În staŃia A întreruptorul este deschis, iar în staŃia B întreruptorul este închis.

STAłIA A STAłIA B

TC TC

I I

Zona cu defect

Iscc

Fig. 3.25 Schema electrică monofilară a unei LEA cu un capăt deconectat.


łinând cont de schema din figura 3.25 şi presupunând că nu am avea funcŃia de protecŃie de capăt, la apariŃia unui scurtcircuit între întreruptorul şi transformatori de curent din staŃia A este posibil ca protecŃia diferenŃială de bare din staŃia A să funcŃioneze eronat, iar protecŃiiile din staŃia B ar elimina defectul cu o întârzire (declanşare în treapta a doua).

Pentru a se evita acestă situaŃie în terminalul de protecŃie din staŃia A se poate implementa funcŃia de protecŃie de capăt:

Această funcŃie de protecŃie se va activa doar dacă întreruptorul este deconectat trifazat. La apariŃia unui defect între întreruptorul deschis şi tranformatorii de curent va determina apariŃia unui curent de defect prin terminalul de protecŃie din staŃia A.

FuncŃia de protecŃie de capăt va determina: curentul de defect va fi ignorat de protecŃia diferenŃială de bară, care rămâne în funcŃie fară a se bloca;

se va bloca funcŃia de RAR la această celulă şi se blochează pe poziŃia deschis întreruptorul celulei;

se transmite impuls de declanşare în capătul opus şi se blochează funcŃia de RAR în capătul opus.

Pentru cazurile în care am avea de a face cu celule pentru autotransformator sau transformator funcŃia de protecŃie de capăt va determina:

curentul de defect va fi ignorat de protecŃia diferenŃială de bară, care rămâne în funcŃie fară a se bloca;

se va da impuls de declanşare întreruptorului de la celălalt nivel de tensiune unde se va porni şi DRRI;

se blochează pe poziŃia deschis întreruptoarele pe ambele nivele de tensiune.

3.3.17. ProtecŃie de “ciot”/maximală de curent de fază şi de nul / (PIOC , 50 STUB)

Această funcŃie se utilizează în terminalele de protecŃie care protejază scheme primare de tip poligonal sau cele cu mai mult de un întreruptor pe circuit.

De fapt această funcŃie este o protecŃie maximală de curent instantanee, nedirecŃionată şi în principiu netemporizată.

Această funcŃie de protecŃie se va activa doar dacă separatorul de linie este deschis. La apariŃia unui defect între separatorul deschis şi între cele două grupuri de tranformatori de curent va determina apariŃia unui curent de defect prin terminalul de protecŃie aferent liniei. ProtecŃia va verifica atât curentul de scurtcircuit de fază cât şi cel de nul.

Dacă oricare din curenŃii de scurtcircuit de fază sau de nul depăşesc valorile reglate funcŃia de protecŃie de “ciot” va transmite impuls de declanşare întreruptoarelor adiacente nodului şi se blochează funcŃia de RAR.

În figura 3.26 se prezintă o schemă electrică monofilară a unei staŃii poligonale la care la una dintre linii separatorul de linie este deschis.


1

LEA 1 LEA 4

4

2

LEA 2 LEA 3

3

I 41

I 23

I 12 I 34

SL 1 SL 4

SL 2 SL 3

TC 41

TC 12

TC 34

TC 23

Fig. 3.26 Schema electrică monofilară staŃie poligonală.

Analizând fig. 3.26 putem spune că protecŃia de “ciot” este activată pentru terminalul de

protecŃie aferent LEA 4 ( SL4 deschis ). În condiŃii normale de funcŃionare prin terminalul de protecŃie al LEA 4 va trece un curent mic (de dezechilibru), dar dacă apare un defect între TC41 , TC34 şi SL4 atunci prin terminalul de protecŃie va trece un curent proporŃional cu curentul de scurtcircuit. În aceste condiŃii protecŃia de “ciot” va declanşa întreruptoarele I41 şi I34.

3.3.18. ProtecŃie la mers asincron (PPAM , 78)

În cadrul SEN generatoarele funcŃionează sincron cu sistemul electroenergetic, toate

generatoarele din sistem au aceaşi viteză unghiulară. Dacă unghiul de fază dintre generatoare ajunge prea mare, operarea stabilă a sistemului nu poate fi menŃinută. În aceste cazuri generatorul iese din sincronism, pierzându-şi sincronizarea cu sistemul extern.

Ieşirea din sincronism a grupurilor generatoare este determinată şi de scurtcircuite în reŃeaua electrică. Cu cât scurtcircuitul este mai apropiat de generator şi timpul de eliminare este mare cu atât mai mare este probabilitatea ca un grup electrogen să iasă din sincronism.

Unghiul de fază relativ al generatorului oscilează în aceste condiŃii cu diverse amplitudini. Cu cât durata defectului creşte cu atât va creşte şi amplitudinea oscilaŃiei. Dacă amplitudinea este mică este posibil ca după eliminarea defectului, generatorul să reintre, în sincronism, dar dacă se depăşeşte o valoare critică acesta va ieşi din sincronism şi prin urmare va fi deconectat de la sistem.

În figura 3.27 se prezintă diverse variaŃii ale unghiului de fază relativ al generatorului faŃă de sistem.


Timp (secunde)

Unghiul intern δ

0

2.4 0.6 1.2 1.8

Fig. 3.27 VariaŃia unghiului de fază relativ al generatorului faŃă de sistem. Dacă conexiunea dintre două generatoare este slabă, atunci amplitudinea de oscilaŃie va creşte

până se pierde stabilitatea unghiulară. În momentul apariŃiei mersului asincron va exista un centru al acestei oscilaŃii, care este

echivalent cu faptul că o protecŃie de distanŃă va măsura o impedanŃă de defect. Dacă centrul de oscilaŃie este într-un generator atunci acel generator trebuie în mod

obligatoriu să fie deconectat cât mai rapid. Dacă însă centrul de oscilaŃie este localizat în sistemul electroenergetic ar trebui, dacă este posibil, să fie despărŃite cele două generatoare şi păstrate în funcŃiune. DespărŃirea poate fi făcută în locaŃii predefinite.

Sesizarea mersului asincron se face prin măsurarea vitezei de variaŃie a impedanŃei la intersectarea caracteristicii de demaraj si sensul de parcurgere, respectiv intersecŃie cu poligonul caracteristicii de demaraj.

În figura 3.28 se prezintă poligonul de demaraj pentru funcŃia de sesizarea a mersului asincron si a pendulaŃiilor.


R

jX

α φ

DetecŃie mers asincron din stânga

DetecŃie mers asincron din dreapta

Zona 1 (PZ 1) Zona 2 (PZ 2)

Fig 3.28 Poligonul de demaraj pentru funcŃia de sesizarea a mersului asincron si a pendulaŃiilor.

Declanşarea se produce instantaneu dacă vectorul impedanŃă este situat în zona 1 (PZ1) protejată sau după un număr de cicluri dacă vectorul impedanŃă este situat în zona 2 de impedanŃă (PZ2). Zona PZ2 include zona PZ1.

În figura 3.29 se prezintă poligonul de reglaj pentru logica de actionare a protecŃiei împotriva mersului asincron.

R

jX

α φ

+X5

+X3

- X2

- X4

R2=R3=R4=R5

PZ 1

PZ 2

Fig 3.29 Poligonul de reglaj pentru logica de actionare a protecŃiei împotriva mersului asincron. În figura 3.30 se prezintă formele de undă pentru tensiune şi curent în cazul unei oscilaŃii în

sistem.


Fig 3.30 Forme de undă tensiune şi curent pentru o oscilaŃie în sistem 3.3.19. Reanclanşare automată rapidă (RAR) / (RREC , 79)

Liniile electrice aeriene, datorită condiŃiilor specifice în care lucrează, reprezintă elemente ale

sistemelor electroenergetice care sunt cele mai mult supuse deranjamentelor. Multe din defectele ce apar pe liniile electrice aeriene au un caracter trecător, în care caz, dacă linia sar scoate de sub tensiune un timp necesar stingerii arcului de la locul de defect, atunci la restabilirea alimentării cu tensiune există foarte multe şanse ca defectul să nu mai apară. FuncŃia de reanclanşare automată rapidă se prevede pentru repunerea rapidă în funcŃiune a LEA după ce acea linie a fost deconectată de una din protecŃiile liniei.

Pe acele elemente de reŃea la care probabilitatea ca un defect să fie trecător este mică ( linii electrice în cablu, transformatoare, autotransformare ) nu se va activa funcŃia de reanclanşare automată rapidă.

Indiferent de principiul de funcŃionare şi schema folosită, funcŃia de RAR trebuie să satisfacă câteva condiŃii pentru ca ansamblul protecŃie- RAR-întreruptor să aibă performanŃe cât mai ridicate:

funcŃionarea RAR trebuie să se facă doar dacă declanşarea întreruptorului s-a făcut de către o protecŃie şi să nu funcŃioneze dacă deconectarea este manuală;

RAR-ul trebuie să se blocheze dacă declanşarea întreruptorului s-a făcut de către anumite protecŃii;

RAR-ul trebuie să permită funcŃionarea treptei prelungite a protecŃiei de distanŃă; RAR-ul trebuie să permită mai multe regimuri (RAR monofazat, RAR trifazat, RAR mono-trifazat);

comanda de anclanşare din RAR trebuie să aibă o durată suficientă pentru a asigura anclanşarea întreruptorului.

În funcŃie de performanŃele ansamblului protecŃie-RAR-întreruptor şi de necesităŃile de restabilire ale sistemului pentru elementul de reŃea protejat se disting următoarele tipuri de RAR:

RAR monofazat (la defecte monofazate cu pământul, protecŃia şi întreruptorul trebuie să fie capabile să efectueze declanşarea fazei cu defect, RAR va efectua reanclanşarea monofazică a fazei declanşate iar la defecte polifazate protecŃia va declanşa trifazat întreruptorul iar RAR-ul va fi blocat nemaipermiŃând reanclanşarea);

RAR monofazat-trifazat (la defecte monofazate cu pământul, protecŃia şi întreruptorul trebuie să fie capabile să efectueze declanşarea fazei cu defect, RAR va efectua reanclanşarea monofazică a fazei declanşate iar la defecte polifazate protecŃia va declanşa trifazat întreruptorul iar RAR-ul va reanclanşa trifazat întreruptorul);

RAR trifazat (indiferent de tipul defectului şi performanŃele ansamblului protecŃie-întreruptor întreruptorul va fi declanşat trifazic, iar RAR-ul va reanclanşa trifazat).


În funcŃie de numărul de cicluri de încercare se deosebesc următoarele cazuri: RAR simplu (dacă avem o singură încercare); RAR multiplu (dacă numărul de cicluri de încercare este mai mare de 2).

Cele mai utilizate sunt RAR-urile simple, însă se mai utilizează şi RAR-uri cu două cicluri. Pentru RAR simplu avem de a face cu:

RAR reuşit atunci când după o reanclanşare prin RAR defectul a dispărut şi LEA a fost repusă în funcŃie;

RAR nereuşit atunci când după o reanclanşare prin RAR defectul persistă iar protecŃia va asigura o declanşare trifazată definitivă a întreruptorului.

Pentru RAR cu două cicluri avem de a face cu: RAR ciclu 1 reuşit atunci când după prima reanclanşare prin RAR defectul a dispărut şi LEA a fost repusă în funcŃie;

RAR ciclu 2 reuşit atunci când după prima reanclanşare prin RAR defectul nu dispare iar după a doua reanclanşare prin RAR defectul a dispărut şi LEA a fost repusă în funcŃie;

RAR ciclu 2 nereuşit atunci când şi după a doua reanclanşare prin RAR defectul persistă iar protecŃia va asigura o declanşare trifazată definitivă a întreruptorului.

În figura 3.31 se prezintă o diagramă de funcŃionare a ansamblului protecŃie-RAR-întreruptor la un RAR reuşit.

demaraj

declanşare PROTECłIE

închis

deschis ÎNTRERUPTOR

Tf

t0 t1 t2 t3 t5 t6 t7 t8 t4 t9

RAR în aşteptare

RAR în acŃiune (pauza de RAR reglată)

RAR blocat

RAR în aşteptare

T0

Tp Tb

T1 T2

T3 T4 T5

T6

RAR

Fig 3.31 Diagramă de funcŃionare a ansamblului protecŃie-RAR-întreruptor la un RAR reuşit

Explicativă pentru fig 3.31 t0 - momentul iniŃial care coincide cu apariŃia defectului; t1 - protecŃia demarează; t2 - protecŃia emite impuls de declanşare; t3 - deschidere contacte întreruptor; t4 - arc electric din întreruptor stins; t5 - protecŃia revine în stare de aşteptare; t6 - comandă de reanclanşare întreruptor; t7 - amorsare arc electric;


t8 - închidere contacte întreruptor; t9 - RAR revine în stare de aşteptare. Având în vedere definirea timpilor de mai sus se pot vedea şi diversele secvenŃe de timp din

derularea acestui eveniment: T1 = t4 – t2 timpul total de deschidere al întreruptorului ; T2 = t8 – t6 timpul total de închidere al întreruptorului ; T3 = t4 – t3 durata de rupere al arcului electric; T4 = t7 – t4 durata de întrerupere; T5 = t8 – t7 durata arcului de amorsare; T6 = t8 – t3 durata de întrerupere; Tp = t6 – t2 timp reglat pentru pauza de RAR; Tb = t9 – t6 timp recuperare sau blocare RAR; Tf = t4 – t0 durata totală de eliminare a defectului în locul de montare a terminalulul de protecŃie; T0 = t9 – t1 timpul de permisie (reglat).

3.3.20. TeleprotecŃie (teledeclanşare) / (RCPW , 85)

Protejarea liniilor electrice se face prin montarea de terminale de protecŃie în ambele capete

ale liniei. Fiecare din terminalul de protecŃie în funcŃie de reglajul implementat ia decizii de declanşare a întrerupătorului din capătul în care este montat.

Uneori anumite informaŃii dintr-un capăt al liniei este util să fie cunoscute şi în celălalt capăt iar altădată este bine ca anumite decizii de declanşare dintr-un capăt să determine declanşarea şi în capătul opus.

În fig.3.32 se prezintă schema monofilară a unei linii electrice. Pe această linie presupunem că avem un scurtcircuit amplasat în diverse puncte ale liniei.

k1 k2 k3

15 % 15 %

ProtecŃie STAłIA A

t1

t2

t1

t

t t2

STAłIA A STAłIA B

ProtecŃie STAłIA B

Fig 3.32 Schema monofilară a unei linie cu amplasarea locului de scurtcircuit în diverse

puncte

Dacă în ambele capete ale liniei avem implementată funcŃia de protecŃie de distanŃă şi dacă nu am avea teleprotecŃie la diversele locuri ale scurtcircuitelor (fig 3.32) am avea următoarele situaŃii:

pentru defect în k1 (15 % din lungimea liniei apropiat de staŃia A) terminalul din A va declanşa întreruptorul în treapta 1 (0 sec) iar terminalul din B va declanşa întreruptorul în treapta a 2-a (0.4 sec). Prin urmare timpul total de eliminare a defectui este de 0.4 sec;


pentru defect în k2 (în porŃiunea de la 15 % până la 85 % din linie faŃă de capătul A) terminalele de protecŃie vor declanşa întreruptoarele în treapta 1 (0 sec);

pentru defect în k3 (15 % din lungimea liniei apropiat de staŃia B) terminalul din B va declanşa întreruporul în treapta 1 (0 sec) iar terminalul din A va declanşa întreruptorul în treapta a 2-a (0.4 sec). Prin urmare timpul total de eliminare a defectui este de 0.4 sec.

Dacă s-ar aplica un astfel de algoritm pentru linia în cauză pentru defecte pe porŃine de 30 % din lungimea liniei eliminarea defectului s-ar efectua într-un timp corespunzător cu treapta a doua o protecŃiei de distanŃă.

Pentru a elimina orice defect de pe linie în ambele capete ale liniei în treapta 1 a protecŃiei de distanŃă se pot aplica două soluŃii:

aplicarea algoritmului de treapta 1 prelungită. Un astfel de algoritm presupune ca la defecte monofazate treapta 1 să fie estinsă până la nivelul treptei a doua, adică terminalul de protecŃie va determina declanşarea monofazică a întreruptorului şi la defecte care au loc în afara liniei. Acest lucru are dezavanteje pentru că la defecte monofazice nu se mai respectă principiul selectivităŃi iar la defecte persistente există riscul ca datorită neselectivităŃii să avem şi consumatori nealimentaŃi;

aplicarea algoritmului de teleprotecŃie. Acest algoritm presupune ca în fiecare capăt treapta 1 a protecŃiei de distanŃă să fie reglată pentru o lungime de 85 % din lungimea liniei şi atunci când aceasta ia decizia de declanşare acest impuls este transmis pe canalul de telecomunicaŃii şi în capătul opus. Terminalul din acest capăt, primind informaŃia de declanşare din capătul opus şi în condiŃiile în care este demarat, va determina declanşarea întreruptorului şi în acest capăt. În aceste condiŃii pentru scurtcircuite pe oricare porŃiune a liniei eliminarea defectului se efectuează la un timp de treapta 1 şi suplimentar se respectă şi principiul selectivtăŃii.

În concluzie prin funcŃia de teleprotecŃie se poate rezolva ca defectele din orice loc al liniei să fie eliminate într-un timp echivalent cu cel al treptei 1 şi în plus este respectat şi principiul selectivităŃii.

Aşa cum s-a mai precizat este util ca dacă anumite funcŃii de protecŃie au luat decizii de declanşare acest impuls să fie transmis şi în capătul opus. În baza acestor informaŃii în capătul opus se va lua decizie de declanşare imediată a liniei respective.

FuncŃiile de protecŃie care intră în această categorie sunt: protecŃia maximală de tensiune temporizată (PTOV , 59); protecŃia de minimă frecvenŃă (PFRQ , 81); protecŃia la mers asincron (PPAM , 78) ; protecŃia la refuz de întreruptor / DRRI (RBRF , 50BF); protecŃia diferenŃială de bare (PBBF , 87BB) ; protecŃia de capăt /End Zone (PIOC , 50EZ).

Acestea sunt cele mai utilizate aplicaŃii ale funcŃiei de teleprotecŃie. BineînŃeles că pot exista şi alte cazuri în care circuitele de teledeclanşare să fie utilizate. Fiecare caz trebuie analizat şi dacă sunt informaŃii utile şi despre decizia altor funcŃii de protecŃie acestea se pot transmite. Totuşi există o limitare fizică în utilizarea acestei funcŃii şi anume aceea că echipamentele de comunicaŃie între staŃiile de transformare au doar patru canale de comunicare. În acest sens anumite informaŃii care se transmit în capătul opus trebuie grupate pe aceste patru canale în funcŃie de decizia care trebuie luată în capătul opus.

Avănd în vedere că cele două capete ale liniei sunt de obicei la distanŃe apreciabile acest transfer de informaŃie între capetele liniei nu se realizează foarte uşor. Trebuie menŃionat că există o legătură între staŃii, iar această legătură este tocmai linia electrică. De aceea cele mai multe medii de comunicare vor folosi ca suport tocmai linia electrică.


Cele mai utilizate soluŃii de comunicare între terminalele de protecŃie din cele două capete sunt:

pe înaltă frecvenŃă (pe conductoarele de fază ale LEA) – TIF sau PLC; pe fibre optice (pe conductorul special de protecŃie al LEA) - FO; pe radioreleu - RR .

În figurile 3.33 , 3.34 şi 3.35 se prezintă schemele principiale de transmisiuni de teleprotecŃie prin FO, TIF şi respectiv RR.

Cabina protecŃii Camera

telecomunicaŃii StaŃie LEA

TP InterfaŃă 1

InterfaŃă 2

ODF

1 2

ODF

2 x 12 FO

Cabina protecŃii

ODF StaŃie

Camera telecomunicaŃii

OP 1 OP 2

JB

JB

2 x 36 FO

StaŃie

STAłIA

A

STAłIA

B

2 x 12 FO

ODF ODF

OP 1 OP 2

ODF StaŃie

LEA

1 2 InterfaŃă 1

InterfaŃă 2

TP

Fig 3.33 Schema principială de transmisiuni de teleprotecŃie prin FO

Explicativă pentru fig 3.33, 3.34 şi 3.35 TP – terminal protecŃie; FO – fibră optică; ODF – cutie distribuŃie fibră optică (optical distribution frame); OP 1, OP 2 - amplificator optic (optical power); JB – Cutie joncŃiune exterioară pentru fibră optică; ETL – Echipament telecomunicaŃii; FC – filtru capacitiv; CC TT – condensator de cuplaj al transformatorului de tensiunecuplaj Fx – cablu canal telefonic modulat în frecvenŃă BB – bobina de blocaj.


Cabina protecŃii Camera telecomunicaŃii

StaŃie LEA

TP InterfaŃă 1

InterfaŃă 2

ETL

Cabina protecŃii Camera telecomunicaŃii StaŃie

STAłIA

A

STAłIA

B

LEA

InterfaŃă 1

InterfaŃă 2

TP

FC FC Fx

ETL

Fx FC FC

R S T

R S T

CC TT

CC TT

BB

BB

Fig 3.34 Schema principială de transmisiuni de teleprotecŃie prin TIF

Cabina protecŃii Camera telecomunicaŃii

StaŃie

TP InterfaŃă 1

InterfaŃă 2

ODF

Cabina protecŃii Camera telecomunicaŃii StaŃie

STAłIA A

STAłIA B

InterfaŃă 1

InterfaŃă 2

TP

Fx

Fx

RS 232/FO RS 232/FO

ODF

Echipament INT

Echipament EXT

ODF

RS 232/FO

Echipament INT

RS 232/FO

ODF

Echipament EXT

Antena

Antena

Cablu

Cablu

Fig 3.35 Schema principială de transmisiuni de teleprotecŃie prin RR


3.3.21. ProtecŃie diferenŃială de linie / (PLDF , 87L)

Pentru liniile electrice scurte, numai implementarea funcŃiei de protecŃie de distanŃă nu asigură o selectivitate suficientă. De aceea pentru protecŃia acestor tipuri de linii este util a se introduce şi alte funcŃii de protecŃie care să asigure o selectivitate ridicată.

O astfel de funcŃie este chiar funcŃia diferenŃială de linie. Principiul de funcŃionare al acestei funcŃii este cel al legii întâi a lui Kirchhoff şi anume de a compara curenŃii din capetele liniei. ProtecŃia se poate aplica pentru linii cu două capete dar şi pentru ansambluri linii cu conexiuni în T pe care se află blocuri linie-transformator. ProtecŃia este capabilă să selecteze faza defectă şi să efectueze declanşări monofazice.

În fig.3.36 se prezintă circulaŃia curenŃilor de defect la scurtcircuit interne k1 şi la scurtcircuite externe k2.

k1 k2

STAłIA A STAłIA B

TC TC I I

TP

IAk1 IBk1

IBk2 IAk2

iAk1

iAk2

iBk1

iBk2

iAk1 + iBk1

iBk2 iAk2

Fig 3.36 CirculaŃia curenŃilor de defect la scurtcircuit interne k1 şi la scurtcircuite externe k2.

Din figura 3.37 rezultă că pentru scurctcircuite în zona protejată, adică pe linie, prin

terminalul de protecŃie trece suma curenŃilor de defect, iar la defecte interne prin acesta trece diferenŃa acestora. Prin urmare la defecte interne prin terminalul de protecŃie trece un curent mare, iar la defecte externe curentul este foarte apropiat de zero. Tocmai pe această ultimă observaŃie îşi bazează funcŃionarea protecŃia diferenŃială de linie.

În practică realizarea schemei din figura 3.34 nu se poate realiza deoarece staŃiile A şi B sunt amplasate la distanŃe apreciabile. De aceea protecŃia se realizează montând terminale de protecŃie în fiecare staŃie iar între ele se va asigura o cale de comunicare (cea mai utilizată în prezent fiind calea de comunicare prin FO). Calea de comunicare va fi separată de cea pentru funcŃia de teleprotecŃie.

Această cale de comunicare se foloseste pentru ca semnalele analogice preluate de terminalul de protecŃie să fie transmise cu o viteză suficient de mare către celelalte terminale. Aceste pachete de curent localizate geografic separat unul faŃă de altul, trebuie coordonate în timp astfel încât algoritmul diferenŃial de curent să fie corect şi o eventuală decizie de declanşare să fie luată rapid.

Algoritmul diferenŃial poate să fie de tip master-master caz în care, mostre de curent sunt schimbate între toate terminalele, şi în fiecare terminal se efectuează o evaluare sau de tip master-slave caz în care, mostre de curent sunt transmise de la terminale slave către terminalul master, unde se va efectua evaluarea.

În fig.3.37 se prezintă o schemă de realizare a protecŃiei diferenŃiale pentru o linie cu trei capete cu algoritm tip master - master.


STAłIA A STAłIA B

TC TC I I

TP C

TP A TP B

TC

STAłIA C

I

Fig 3.37 Schemă de realizare a protecŃiei diferenŃiale pentru o linie cu trei capete cu algoritm

tip master - master. Avantajul algoritmului master-master este acela că se asigură o redundanŃă crescută dar

trebuie Ńinut seama că schema de comunicaŃie trebuie să fie mai complicată şi de viteză corespunzătoare.

Mostrele cu măsurătorile curenŃilor se vor realiza la fiecare milisecundă dar transmiterea acestora se face în pachete de 5 milisecunde. Când un nou pachet este disponibil acesta va fi transmis automat.

Vor fi transmise următoarele date: valorile reale şi imaginare ale curenŃilor de secvenŃă directă; valorile reale şi imaginare pentru armonicile de ordin 2 şi 3; valorile reale şi imaginare ale curenŃilor de secvenŃă inversă.

Pentru valorile care ajung la evaluare este foarte important ca acestea să aibă o marcă de timp şi toate terminalele care contribuie la protecŃia diferenŃială să fie sincronizate în timp.

De exemplu o eroare de timp de 1 ms va determina o eroare a amplitudinii de circa 3 % iar o eroare de 10 ms oferă o eroare maximă.

Sicronizarea timpilor se efectuează prin GPS , metoda ecoului sau se aplică o metodă combinată în care timpul fiecărui terminal se sincronizează prin GPS iar între terminale se aplică metoda ecoului.

Decizia de declanşare a terminalului se face pe baza unui algoritm de calcul implementat în terminalul de protecŃie şi pe baza unei caracteristici de funcŃionare a protecŃiei care este programabilă.

În fig.3.38 se prezintă carctestica de funcŃionare pentru protecŃia diferenŃială de linie.


Id min

I1-2

3

Id nrec

Zona de blocare

Zona de acŃionare

Istab

Idif

1

2

I2-3

FuncŃionare necondiŃionată

Fig 3.38 Caracteristică de funcŃionare a protecŃiei diferenŃiale de linie

Din fig 3.38 se poate obseva că această caracteristică este compusă din trei drepte, dintre care una este paralelă cu abcisa (1) şi alte două drepte care au o pantă faŃă de abcisa (2 şi 3). Pentru construirea caracteristii este nevoie de următoarele mărimi:

Id min este curentul diferenŃial sub care protecŃia nu va funcŃiona; I1-2 este curentul de trecere de la prima porŃiune a caracteristici la a doua; I2-3 este curentul de trecere de la a doua porŃiune a caracteristici la a treia; panta pe a doua porŃiune a caracteristici (2); panta pe a treia porŃiune a caracteristici (3); Id nrec este curentul diferenŃial nereciclabil. Peste această valoare protecŃia va funcŃiona necondiŃionat.

3.3.22. ProtecŃie diferenŃială de trafo (de nod) / (PTDF/NOD , 87T/nod)

ProtecŃia diferenŃială de trafo este utilizată pe scară largă, ca o completare a protecŃiei de gaze,

împotriva defectelor interne şi la bornele transformatoarelor şi autotransformatorului. În zona ei de acŃiune intră şi legăturile prin conductoare între trecerile izolante şi transformatoarele de curent. Ea comandă deconectarea tuturor întrerupătoarelor.

Principiul ei de funcŃionare este principiul comparării curenŃilor. În cazul trafo se compară valorile şi sensurilor aceloraşi faze din cele două sau trei înfăşurări ale transformatorului protejat. Transformatorul trebuie să aibă instalate pe fiecare fază a tuturor înfăşurărilor sale transformatoare de curent. Înfăşurările secundare ale acestora trebuie legate în aşa fel încât la funcŃionare normală sau scurtcircuit exterior schema protecŃiei trebuie să asigure egalitatea curenŃilor în releul diferenŃial iar la scurtcircuit în zona protejată curentul prin releu să fie suma curenŃilor (fig. 3.39.)


TP Dif.

TP Dif.

I I

I II

i I

i II i d = i I - i II = 0 i d = i I + i II

I I i I

I II i II

Fig. 3.39. Principiul de funcŃionare a protecŃiei diferenŃiale de trafo. a)- scurtcircuit exterior sau funcŃionare normală; b)- scurtcircuit interior

Schemele protecŃiilor diferenŃiale longitudinale ale generatoarelor şi liniilor, datorită faptului

că curenŃii primari sunt egali şi au aceeşi fază, asigură, în cazul scurtcircuitelor exterioare, condiŃia 0=+= IIId iii

numai prin respectarea condiŃiilor privind egalitatea rapoartelor de transformare, coeficientul de supracurent şi identitatea caracteristicilor de magnetizare ale transformatoarelor de curent. La transformatoare însă, realizarea unei protecŃii diferenŃiale care să asigure condiŃia menŃionată are câteva particularităŃi, care se referă la:

- existenŃa unui curent de magnetizare; - diferenŃa de fază între curenŃii primari ai diferitelor înfăşurări; - inegalitatea curenŃilor secundari ai diferitelor înfăşurări şi la existenŃa unui curent de

dezechilibru relativ mare. Această funcŃie de protecŃie se poate aplica atât la transformatoare cât şi la

autotransformatoare şi în punctele de ramificaŃie din staŃiile de transformare (de exemplu pentru staŃii de tip poligonal şi scheme cu 1 şi1/2 întreruptoare pe circuit în noduri).

Această protecŃie aplicată transformatoarelor şi autotranformatoarelor trebuie să îndeplinească următoarele:

să aibă caracteristică de declanşare de curent stabilizată; să fie stabilizată împotriva curenŃilor de magnetizare cu armonica a doua; să fie stabilizată împotriva variaŃiilor de curent tranzitorii şi de mici perturbaŃii, de exemplu datorită supraexcitării, cu armonică selectabilă (de ordinul 3, 4, 5);

să fie insensibilă la componentele continue şi la saturaŃia transformatorului de curent ; să aibă stabilitate ridicată chiar pentru diferite nivele de saturare a transformatorului de curent;

să declanşeze cu viteză ridicată pentru avarii care au curenŃi mari de defect; să fie independentă faŃă de metoda de împământare a neutrelor transformatoarelor; să fie cu sensibilate ridicată pentru defecte cu punere la pământ cu corecŃia componentelor homopolare;

să aibă adaptare integrată a grupei de conexiune a transformatorului; să aibă adaptare integrată a raportului de transformare cu considerarea de diferiŃi curenŃi nominali.

Dacă protecŃia este aplicată punctelor de ramificaŃie trebuie să îndeplinească următoarele: să aibă caracteristică de declanşare de curent stabilizată;


să fie insensibilă la componentele continue şi la saturaŃia transformatorului de curent ; să aibă stabilitate ridicată chiar pentru diferite nivele de saturare a transformatorului de curent;

să declanşeze cu viteză ridicată pentru avarii care au curenŃi mari de defect; să permită monitorizarea secundarului TC utilizând curenŃi de operare.

În figura 3.40. este arătată forma caracteristicii de funcŃionare şi parametri relevanŃi.

Idif min

Istab 3

1 2

3

4 Idif max

Zona de blocare

Zona de acŃionare

Istab

Idif

Fig.3.40. Forma caracteristicii de funcŃionare şi parametri relevanŃi.

Din fig 3.40 se poate obseva că această caracteristică este compusă din patru drepte, dintre care două paralele cu abscisa (1 şi 4) şi alte două drepte care au o pantă faŃă de abscisa (2 şi 3). Dreapta 2 are punctul de pornire exact in origine iar dreapta 3 are punctul de pornire pe abscisă. Pentru construirea caracteristii este nevoie de următoarele mărimi:

Idif min este curentul diferenŃial minim sub care protecŃia nu va funcŃiona; Idif max este curentul diferenŃial maxim peste care protecŃia va funcŃiona necondiŃionat;

panta pe a doua porŃiune a caracteristici (2); panta pe a treia porŃiune a caracteristici (3); Istab 3 este curentul stabilizat stabilit pe abscisă şi reprezintă originea dreptei 3.

Avînd în vedere că pentru realizarea acestei funcŃii de protecŃie este nevoie de toŃi curenŃii de la grupurile de măsură ale înfăsurărilor transformatoarelor sau ale ramificaŃiilor această funcŃie de protecŃie se realizează într-un terminal de protecŃie separat de alte funcŃii de protecŃie. Un astfel de terminal are prevăzute numai intrări de curent (8 pentru trafo cu 2 înfăşurări şi 12 pentru trafo cu 3 înfăşurări. Pentru protecŃia punctelor de ramificaŃie terminalele trebuie să aibă 12 intrări de curent. Neavând prevăzute intrări de tensiune, în aceste terminale se pot prevedea doar funcŃii care au la bază doar analiza curenŃilor.

3.3.23. ProtecŃie diferenŃială de bare / (PBDF , 87BB)

Barele colectoare ale staŃiilor sunt zone foarte importante şi sensibile ale sistemului electroenergetic. Dacă în aceste zone apare un scurtcircuit, atunci acesta este eliminat când toate elementele sursă de pe bare au fost declanşate. Dacă nu s-ar prevede o protecŃie specială pentru eliminarea defectelor de pe bare, atunci eliminarea defectului s-ar efectua prin protecŃiile de la capătul opus al elementelor care sunt conectate pe bara respectivă, ceea ce ar însemna o eliminare a defectului într-un timp foarte mare cu consecinŃe asupra echipamentelor din staŃie.


Pentru ca defectele de pe bare să fie eliminate rapid s-a realizat protecŃia diferenŃială de bare care este capabilă să determine declanşarea rapidă a tuturor defectelor care ar apărea pe bare.

Având în vedere că pe barele colectoare sunt racordate foarte multe elemente ( se poate ajunge la 20 -25 celule ) atunci dacă s-ar utiliza un singur terminal de protecŃie numărul intrărilor de curent ar ajunge la cifre impresionante. Din acest motiv realizarea acestei funcŃii de protecŃie se realizează descentralizat la nivelul achiziŃiei curenŃilor şi mărimilor binare de interes de la celulele racordate la bară şi centralizat la nivelul deciziei de declanşare. După luarea deciziei de declanşare, impulsurile către întreruptoare vor pleca tot din terminalele de celulă.

În figura 3.41. se prezintă schema bloc pentru protecŃia diferenŃială bară pentru o bară cu 5 elemente racordate la bară.

TPC

Bară

U.C.FO

TPC

L2 L1

TPC

L3

TPC

L4

TPC

L5

Fig.3.41. Schema bloc a protecŃiei diferenŃiale de bară.

Explicativă pentru fig 3.41 TPC - terminal protecŃie celulă – achiziŃioneză curenŃi aferenŃi celulei şi poziŃii de

echipament aferente celulei; UC - Unitate centrală – primeşte informaŃii despre curenŃii şi poziŃii de echipament de la

unităŃile de celulă, prelucrează informaŃia şi ia decizii conform algoritmilor implementaŃi;

FO - legături de comunicaŃie prin FO prin care se realizează comunicarea multimode între TPC şi UC.

Principiul de funcŃionare al protecŃiei diferenŃiale de bare este apropiat de al celorlalte protecŃii diferenŃiale cu anumite particularităŃi. Deci la bază algoritmului implementat în protecŃia diferenŃială se află legea I a lui Kirchhof.

În figura 3.42 se prezintă circulaŃia curenŃilor la scurtcircuit pe bară şi respectiv la scurtcircuit extern la o bară cu cinci elemente racordate.


I12

I11

Bară

L2 L1 L3 L4 L5

(Iscc k1)

k1

(Iscc k2) k2

I22

I21

I32

I31

I42

I41

I52

I51

Fig.3.42. CirculaŃiile curenŃilor la scurtcircuit pe bară şi respectiv la scurtcircuit extern. CurenŃii I11 , I21 , I31 , I41 , I41 sunt curenŃii prin celulele 1-5 la scurtcircuit pe bară (k1) iar

curenŃii I12 , I22 , I32 , I42 , I42 sunt curenŃii prin celele 1-5 la scurtcircuit extern (k2). Aplicând legea I a lui Kirchhof în cele două cazuri rezultă:

111111 54321 scckIIIIII =++++ şi

054321 22222 =++++ IIIII Prin urmare suma curenŃilor care trec prin celule la defect pe bară este maximă la defecte

interne şi 0 la defecte externe. ProtecŃia diferenŃială de bară va realiza prin algoritmi implementaŃi calculul a doi curenŃi şi

anume: curentul diferenŃial ca modul sumei vectorială a curenŃilor care circulă prin celule şi curentul stabilizat (sau frânare) ca suma modulelor acelorlaşi curenŃi.

Stabilizarea are rolul de a reduce influenŃa erorilor de măsurare a curenŃilor pe diversele celule. Erorile apar pentru că erorile transformatorilor de curent sunt diferite şi în plus într-o staŃie de transformare pot să existe transformatoare cu rapoarte de transformare diferite.

Deci vom avea: 11111 54321 IIIIII dif ++++=

şi

11111 54321 IIIIII sta ++++=

La defecte interne I dif şi I sta au valori mari iar la defecte externe I dif are valoare apropiată de zero şi I sta are valoare mare. Caracteristica de funcŃionare se construieşte tocmai pe principiul descris mai sus.

În figura 3.43. este arătat un exemplu de caracteristiciă de funcŃionare.


Idif min

Zona de blocare

Zona de acŃionare

Istab

Idif

1

2

2// 2/

ksta= 0.8

ksta= 0.65

ksta= 0.5

Fig.3.43. Exemplu de caracteristiciă de funcŃionare a protecŃiei diferenŃiale de bare.

Din fig 3.44 se poate obseva că această caracteristică este compusă din două drepte, una care

este paralele cu abscisa (1) şi cealaltă are o pantă faŃă de abscisa (2). Dreapta 2 are punctul de pornire exact in origine iar panta acesteia este reglabilă prin coeficientul de stabilitate k sta. Pentru construirea caracteristii este nevoie de următoarele mărimi:

Idif min este curentul diferenŃial minim sub care protecŃia nu va funcŃiona; k sta coeficientul de stabilitate;

În fiecare protecŃie diferenŃială se stabileşte şi o valoare a curentului diferenŃial pentru semnalizare. Dacă această valoare este depăşită atunci cu o temporizare reglată se va emite un impuls de semnalizare.

O altă problemă care trebuie rezolvată de protecŃia diferenŃială este aceea a schemei de conexiuni ale staŃiilor electrice. În funcŃie de necesităŃile sistemului electroenergetic staŃia poate funcŃiona în diverse scheme de funcŃionare. ProtecŃia diferenŃială trebuie să fie capabilă să funcŃioneze indiferent de schema primară care se află implementată la un moment dat.

Pentru a rezolva această problemă terminalele de protecŃie de celulă au prevăzute intrări binare prin care se culeg informaŃii despre poziŃiile închis sau deschis ale întreruptoarelor şi separatoarelor. De asemenea protecŃia diferenŃială este capabilă să realizeze mai multe zone de protecŃie în funcŃie de schema primară realizată. Se vor realiza zone de protecŃie pentru fiecare sistem de bară din staŃia de transformare.

În terminalele de protecŃie de celulă şi unitatea centrală aferente protecŃiei diferenŃiale de bară se va implementa şi funcŃia de protecŃie la refuz de întreruptor (DRRI).

3.3.24. Osciloperturbograf / (RDRE , OCS)

Această funcŃie este foarte utilă în procesul de analiză posteveniment. Această funcŃie

realizează supravegherea continuă a mărimilor analogice de intrare aferente terminalului de protecŃie şi un număr semnificativ de variabile numerice (intrări numerice, variabile interne şi ieşiri numerice). Dacă în funcŃionarea terminalului se produce o funcŃionare sau dacă pe mărimile monitorizate apar condiŃii de triggerare pentru această funcŃie de protecŃie pentru o perioadă de timp programabilă mărimile monitorizate sunt salvate în fişiere speciale care vor fi disponibile operatorului pentru analiza evenimentului respectiv.

Fişierele sunt stocate în memoria flash nevolatilă (care este păstrată şi dacă echipamentul va fi oprit). Datele stocate pot fi folosite pentru analiza şi luarea deciziilor în scopul de a găsi şi elimina


posibilele defecŃiuni care există în cadrul echipamentelor de protecŃie şi în cadrul circuitelor de protecŃie.

Vor fi stocate un număr oarecare de fişiere cu înregistrări (funcŃie de terminalul de protecŃie şi de producător). Dacă o nouă perturbaŃie trebuie înregistrată când memoria este plină, cea mai veche perturbaŃie va fi rescrisă cu cea mai nouă perturbaŃie.

Pentru fiecare perturbaŃie înregistrată se vor inregistra toate mărimile monitorizate pentru un timp predefinit înainte de eveniment, în timpul evenimentului şi pe o perioadă post avarie. Datele obŃinute despre mărimile monitorizate şi pentru aceste intervale de timp vor fi salvate în acelaşi fişier. Acest mod de înregistrare conferă avantajul ca la analiză să avem atât regimul de defect cât şi regimurile de preavarie şi post avarie.

În fig. 3.44 se prezintă o schemă a timpilor de înregistrare a oscilopertubografului.

tpre tdef tpost

tlim

preavarie avarie (defect) postavarie

t0

Fig 3.44 Schema timpilor de înregistrare a oscilopertubografului

Explicativă pentru fig 3.44 t0 - momentul apariŃiiei defectului; tpre - timpul de înregistrare anterior defectului; tpost - este timpul de înregistrare post avarie. Când toate triggerele activate pe durata

defectului au fost resetate, înregistrarea perturbaŃiei va continua corespunzător timpului post avarie fixat;

tlim - este timpul limită, care este timpul maxim de înregistrare după ce înregistrarea perturbaŃiei a fost triggerată;

tdef - timpul de înregistrare pentru avarie. Timpul de avarie nu poate fi fixat şi continuă atâta timp cât persistă orice condiŃie validă de triggerare, binară sau analogică;

Aşa cum am mai arătat pornirea unei înregistrări este determinată de îndeplinirea unei condiŃii de triggerare. Triggerarea poate să fie:

triggerare manuală; semnal binar de triggerare; semnal analogic de triggerare.

Triggerarea manuală se produce la cererea operatorului, triggerarea pe semnale binare este programabilă şi poate fi pe 0 sau pe 1 iar triggerarea pe semnal analogic poate fi valoare sub prag de trigger sau valoare peste prag de trigger.

În fig. 3.45 se prezintă o înregistrarea (osciloperturbogramă) pentru un RAR + LEA 220 kV .


t (ms)

400 800 1200 1600

I faza R

I nul

I faza T

I faza S

U faza R

U faza S

U faza T Demaraj hom. ned. Demaraj hom. dir.

Demaraj dist. Declanşare dist.

Declanşare faza S FuncŃ. RAR

Blocare RAR

Fig 3.45 Osciloperturbogramă pentru un RAR + LEA 220 kV

3.3.25. Înregistrator de evenimente / (RDRS , ER) Având în vedere că terminalele de protecŃie operează cu foarte multe variabile binare (intrări

binare, ieşiri binare) şi variabile interne (acŃiuni ale terminalului, deciŃii, depăşiri de praguri de reglaj, incadrare în domenii de reglaj, etc) este foarte util în procesul de exploatare a sistemelor de protecŃie să se cunoască în timp orice modificare de stare a acestor mărimi binare.

Aşa cum s-a prezentat la 3.3.24 un număr de astfel de variabile numerice sunt înregistrate de funcŃia de osciloperturbograf. Fişierele care conŃin osciloperturbograme nu trebuie să fie de dimensiuni foarte mari şi în plus este necesar ca numărul de mărimi binare cu care operează funcŃia de osciloperturbograf să fie limitate la un număr rezonabil.

În aceste condiŃii pentru a facilita analiza operări în timp a terminalelor de protecŃie fiecare echipament are implementată şi o funcŃie de înregistrator de evenimente. Prin această funcŃie, terminalele de protecŃie alcătuiesc o listă de evenimente. În lista de evenimente se vor înregistra evenimentele în ordinea cronologică a apariŃiei acestora şi vor fi incluse toate variabilele binare şi variabile interne. Fiecare eveniment va avea o ştampilă de dată/timp, număr de cod intern, denumire eveniment, valoare (ON, OFF), cauza apariŃiei (test, defect în sistem,etc).

Fiecare terminal de protecŃie are un număr maximal de evenimente care se pot înregistra (variabile binare şi interne). Orice eveniment care îşi modifică starea este înregistrat şi pus în jurnalul de evenimente. Acest jurnal este salvat într-un fişier în terminalul de protecŃie. Atunci când fişierul ajunge la capacitate maximă se aplică sistemul suprascrierilor, adică ultimele evenimente sunt incluse în lista de evenimente, iar cele mai vechi sunt eliminate din listă. Aceste fişiere pot fi salvate la cererea operatorului sub forma unui fisier text.

Aşa cum am mai arătat o parte din aceste evenimente sunt înregistrate şi de funcŃia de osciloperturbograf şi puse sub formă grafică în osciloperturbogramă. Suplimentar evenimentele care sunt urmărite de funcŃia de osciloperturbograf sunt înregistrate sub aceeaşi forma în care se înregistrează jurnalul de evenimente şi salvate într-un fişier separat. Prin urmare la fiecare fişier osciloperturbograf vom avea şi un jurnal de eveniment asociat.


Aceste jurnale de evenimente sunt create la nivelul terminalului de protecŃie şi sunt disponibile în aceste echipamente. Ele pot fi preluate din aceste terminale local sau de la distanŃă şi folosite în diverse scopuri de către operator.

În plus terminalul de protecŃie poate fi parametrizat ca o parte din aceste evenimente să fie transmise către sistemul de comandă control şi la interfaŃa HMI. Prin urmare fiecare eveniment poate fi transmis şi în:

lista de evenimente de la nivelul sistemului de comandă control; lista de alarme de la nivelul sistemului de comandă control; la ecranul HMI; lista de evenimente către dispecer.

În tabelul 3.2 se prezintă o listă de evenimente dintr-un terminal de protecŃie şi modul în care acestea sunt transmise în diverse locuri.

Tabel 3.2 Listă de evenimente din terminalul de protecŃie şi modul lor de transmitere.

Eveniment sau variabilă internă

Tip in

dicaŃie

Listă evenimente

Listă alarm

e

Ecran

HMI

protocol IEC 101

(D

ispecer)

Comanda ACTIVARE TELEPROT. SC R - Yes ---

Blocare Prot. Distanta SP R/C R/C Yes ---

Conectare Manuala SP R/C - - ---

Decl. Distanta tr. 1 SP R R - 10401

Decl. Distanta tr. 1 prelungita SP R R - 10401





Decl. Homopolara tr.1 SP R R - 10402



Decl. MAX CRT tr.1 SP R R - 10401

Decl. MAX CRT tr.2 SP R R - 10402

Decl. Protectie CIOT SP R R - 10401

Decl. SUPRATENS Faza-Faza SP R R - 10402

Decl. SUPRATENS Faza-Pamant SP R R - 10402

Declansare faza R SP R R - ---

Declansare faza S SP R R - ---

Declansare faza T SP R R - ---

Declansare Generala SP R R - ---

Declansare Generala Distanta SP R R - ---

Declansare HOMOPOLARA SP R R - ---

Declansare la conectare pe defect SP R R - 10401

Declansare MAX CRT SP R R - ---

Declansare Trifazata SP R R - ---


Dem. Conectare pe Defect SP R/C - - ---

Dem. Distanta Directie FATA SP R/C - - ---

Dem. Distanta Directie SPATE SP R/C - - ---

Dem. SUPRATENS Faza-Faza SP R/C - - ---

Dem. SUPRATENS Faza-Pamant SP R/C - - ---

Demaraj Distanta SP R/C - - ---

Demaraj faza R SP R/C - - ---

Demaraj faza S SP R/C - - ---

Demaraj faza T SP R/C - - ---

Demaraj Homopolara SP R/C - - ---

Demaraj MAX CRT SP R/C - - ---

Demaraj N SP R/C - - ---

Demaraj Protectie SP R/C - - ---

Detectare PENDULATII SP R/C R/C - ---

Emisie CH2 Teleprotectie SP R/C - - ---

Eroare Balanta Curenti SP R/C R/C - ---

Eroare Balanta Tensiuni SP R/C R/C - ---

Eroare Suma Curenti SP R/C R/C - ---

Eroare Suma Tensiuni SP R/C R/C - ---

Lipsa/Defect circ. tensiune prot SP R/C R/C - ---

RAR Declansare definitiva SP R R - ---

Receptie CH1 Teleprotectie SP R R - 10401

Receptie CH2 sau CH3 Teleprotectie SP R/C - - ---

TC2 Presiune scazuta SF6 SP R/C R/C - ---

TELEPROT. Eroare comunicatie SP R/C R - ---

TELEPROTECTIE 1 Defecta SP R/C R/C Yes ---

TELEPROTECTIE 1 scos din FUNCTIE SP R/C R Yes ---

TELEPROTECTIE 2 Defecta SP R/C R/C - ---

TELEPROTECTIE 2 scos din FUNCTIE SP R/C R - --- 3.3.26. Locator de defecte / (RFLO , FL)

Această funcŃie are rolul de a oferii informaŃii despre distanŃa până la locul de defect pentru

defecte pe LEA. Aceasta informaŃie este foarte utilă dacă în urma unui defect pe o LEA echipele de intervenŃie sau de mentenanŃă trebuie să se deplaseze pe LEA pentru inspecŃii sau pentru a efectua anumite lucrări de remediere la locul de defect.

Determinarea distanŃei până la locul de defect este importantă pentru defecte pe LEA protejată. Dacă defectul este pe o altă LEA şi totuşi se va ajunge şi la declanşarea acestei LEA distanŃa de defect nu mai are relevanŃă, deoarece curentul de defect până la locul de defect va diferii pe diversele tronsoane de linii.

Perechile de valori măsurate ale mărimilor de defect, adică curenŃii de defect şi tensiunile de defect, sunt stocate într-un bloc de memorie ciclic şi păstrate neschimbate pentru un interval scurt de timp. Evaluarea valorilor măsurate în buclele de scurtcircuit se realizează după ce scurtcircuitul a fost îndepărtat. Cu valorile măsurate filtrate şi memorate, cel puŃin trei perechi de rezultate pentru R şi X sunt determinate în acord cu ecuaŃia liniei. Cu perechile de rezultate sunt calculate valorile medii şi abaterile standard. După eliminarea „valorilor eronate”, care sunt recunoscute prin valorile


lor mari ale abaterilor faŃă de abaterea standard, va fi calculată o nouă valoare medie. Această medie pentru X este reactanŃa de defect care este proporŃională cu distanŃa până la defect.

Localizarea defectului produce următoarele rezultate: bucla de scurtcircuit care va fi utilizată pentru determinarea reactanŃei de

defect; reactanŃa X pe fază în Ω primari şi în Ω secundari; rezistenŃa R pe fază în Ω primari şi în Ω secundari; distanŃa d până la defect, în kilometrii, măsurată pe linie, proporŃională cu

reactanŃa, convertită pe baza reactanŃei pe unitatea de lungime a linei; distanŃa d până la defect în procente din lungimea linie, calculată pe baza

reactanŃei setate pe unitatea de lungime a linei şi a lungimii setate a liniei. DistanŃa poate fi aplicabilă în kilometrii sau procente doar dacă linia respectivă este

omogenă. Dacă linia este compusă din secŃiuni de linie cu diferite reactanŃe specifice, de exemplu secŃiuni de linii electrice aeriene combinate cu cabluri, reactanŃa de defect calculată de funcŃia de localizare a defectului trebuie supusă unui calcul separat pentru a determina distanŃa la defect.

În algoritmi de calcul ai distanŃei până la locul de defect trebuie să se Ńină seama de o serie de corecŃii:

corecŃia distanŃei pentru LEA protejată faŃă de LEA paralelă; În cazul defectelor cu punere la pământ pe linii duble, valorile măsurate obŃinute pentru

calcularea impedanŃei sunt influenŃate de cuplajele dintre cele două circuite ale liniei. Aceasta poate cauza erori de măsură pentru care sunt necesare măsuri speciale de corecŃie. Această funcŃie ia în considerare curentul prin pământ al liniei paralele. Acest curent trebuie să fie dată de intrare în terminalul de protecŃie.

corectarea valorilor măsurate pentru curenŃii de sarcină pe linii lungi puternic încărcate alimentate de la două capete.

Atunci când defectul apare pe linii alimentate la ambele capete, tensiune de defect este influenŃată nu doar de sursa de tensiune din staŃia de alimentare A ci de asemenea de sursa de tensiune din staŃia de alimentare B , unde ambele tensiuni sunt aplicate pe rezistenŃa de pământ comună. Pentru linii lungi puternic încărcate, aceasta poate da o eroare semnificativă pentru componenta X a impedanŃei de defect (factorul determinant pentru determinarea locului de defect).

O caracteristică de compensare a sarcinii este prevăzută pentru calcularea locului defectului, care corectează eroarea de măsurare. Corectarea pentru R nu este posibilă; dar eroarea rezultată nu este critică, atât timp ce doar X este critic pentru indicaŃia locului de defect.

3.3.27. FuncŃie de interblocaj - blocarea separatoarelor, întreruptoarelor, CLP - urilor / (CILO)

Această funcŃie este implementată în terminalele de control şi are rolul de a asigura

manevrarea echipamentelor de comutaŃie în condiŃii de siguranŃă. Dacă vechile instalaŃii de comandă rezolvau această problemă prin crearea de circuite fizice de blocaj care se aflau situate în staŃia exterioară, noile echipamente numerice au făcut posibil ca aceste condiŃii de blocaj să se poată face soft prin scheme logice implementate în terminalele de comandă. Dacă se dă comandă de conectare sau deconectare unui echipament de comutaŃie, operaŃia respectivă se va efectua numai dacă în momentul respectiv schema din acel moment permite acest lucru. Pentru a realiza schemele logice de blocaj este necesar ca fiecărui echipament să i se cunoască poziŃia închis sau deschis. Acest lucru se realizează pe principiul indicaŃiilor dublă indicaŃie, adică cele două poziŃii închis şi deschis vor avea fiecare alocată o intrare binară. Într-un anumit moment aceste din cele două intrări trebuie să aibă valorile binare 0 şi 1. Dacă acest lucru nu este realizat (0 , 0 sau 1 , 1) atunci se consideră că echipamentul respectiv are poziŃie necunoscută şi orice schemă de blocaj care are inclusă şi poziŃia acestui echipament nu mai este funcŃională.


În schemele logice de blocaj sunt implementate regulile care trebuie respectate la efectuarea de manevre în instalaŃiile electrice.

Pentru o inŃelegere mai bună se va exeplifica acest lucru pentru o staŃie electrică. În fig 3.46 se prezintă schema electrică monofilară a unei staŃii de transformare de tip poligonal.

Clp – L C01

Clp – L C04

TT N1 TT N4

TT N2 TT N3

I 12

N1 N4

N2 N3

I 41

I 23

I 34

TT C01

C01 C04

C02 C03

TT C04

TT C03

TT C02

SN14 SN41

SN23 SN32

Clp 14

Clp 41

Clp 23

Clp 32

SN12

SN21

SN43

SN34

Clp 34

Clp 43

Clp 21

Clp 12

SL C01

SL C04

SL C02

SL C03

Clp – N1 C01

Clp – N4 C04

Clp – L C03

Clp – N3 C03

Clp – N2 C02

Clp – L C02

Fig 3.46 Schemă electrică monofilară a unei staŃii poligonale.

În fig 3.47 se prezintă schema logică de acŃionare pentru întreruptorul I 41, iar în fig.3.48

acelaşi lucru pentru SL CO1.


Separator SN 14 - Închis

Separator SN 14 - Deschis = 1

Separator SN 41 - Închis

Separator SN 41 - Deschis = 1

Bobina 1 declanşare - ok ≥ 1

Bobina 2 declanşare - ok

SiguranŃa TT N1 conectată

SiguranŃa TT N2 conectată

Întreruptorul I 41 se poate conecta

&

Fig 3.47 Schemă logică de blocaj a întreruptorului I 41.

Separator de legare la pământ Clp - L - CO1 - deschis

Separatorul SL C01 se poate închide şi deschide

& Separator de legare la pământ Clp - N1 - CO1 - deschis

Întreruptor I 41 Deschis

Întreruptor I 12 Deschis Fig 3.48 Schemă logică de blocaj a separatorului SL CO1.

Echipamentul de control la nivel de celulă (BCU) va trebui să realizeze interblocajele dintre

echipamentele primare ale celulei şi ale celorlalte celule, pornind de la schema monofilară primară a staŃiei. Interblocajele de la nivelul celulei trebuie să rămână funcŃionale şi în cazul indisponibilităŃii comunicaŃiei între nivelul celulă şi nivelul central, precum şi în cazul defectării unui BCU aparŃinând altei celule. CondiŃiile de interblocare vor trebui să fie verificate permanent prin funcŃia de autotestare a echipamentului de control.

3.3.28. FuncŃie de control (CSWI)

Pentru exploatarea în condiŃii de siguranŃă a staŃiilor este necesar ca în orice moment să se

cunoască starea de funcŃionare a staŃiei. În acest sens la nivelul staŃiei se implementează funcŃii de control. Astfel trebuie monitorizate toate echipamentele şi toate procesele din staŃiile de transformare. Aceste funcŃii se implementează la nivelul terminalelor de control (BCU) şi la nivelul unităŃilor centrale care funcŃionează la nivelul staŃiei şi care culeg informaŃii de le BCU-uri.

Subsistemul de control la nivel de staŃie şi de celulă al unei staŃii va trebui să îndeplinească următoarele funcŃiuni principale:

- comanda de la distanŃă locală (de la dulapul de control-protecŃie/celulă) a echipamentelor de comutaŃie primară;

- indicarea poziŃiei echipamentelor de comutaŃie primară şi a comutatoarelor de regim;


- achiziŃia şi prelucrarea de date analogice în timp real (măsurarea mărimilor electrice U, I, f şi calculul P,Q,S);

- gestionarea alarmelor; - monitorizarea stării tuturor echipamentelor componente ale sistemului de protecŃie; - monitorizarea stării tuturor cheilor hard/soft; - comanda comutatorului de ploturi la AT/TR şi a instalaŃiei de răcire aferente

acestuia (pompe ulei, ventilatoare); - arhivarea pe termen lung a informaŃiilor; - înregistrarea şi stocarea evenimentelor; - interblocarea comenzilor echipamentelor primare; - transmisia de date către nivelul superior de conducere operativă.

Mai multe detalii vor fi arătate la capitolul de sisteme de comandă – control. 3.3.29. FuncŃie de masură - I,U,f,P,Q / (MMXU) Acest tip de funcŃii se implementează atât în terminalele de protecŃie cât şi în terminalele de

comandă. În terminalele de protecŃie această funcŃie are mai mult rol de verificare că achiziŃia semnalului se face corespunzător şi a faptului că mărimile achiziŃionate sunt defazate conform circulaŃiilor de putere din sistem.Aceste informaŃii sunt afişate la HMI (humane machine interface) iar anumite depăşiri de praguri sunt transmise spre sistemul de comandă – control. În terminalele de control această funcŃie are rolul de a furniza în sistemul de comandă – control informaŃii despre:

- valorile curenŃilor de fază; - valorile tensiunilor de fază şi de linie; - valoarea frecvenŃei; - valorile calculate ale puterilor active şi reactive şi sensul de circulaŃie al acestora; - transmisia de date către nivelul superior de conducere operativă.

Toate aceste informaŃii vor fi transmise la HMI echipament, consolele operator ale sistemului de comandă control, centrele de dispecer.

3.3.30. FuncŃie de contorizare pentru decontare comercială (MMTR)

Acestă funcŃie este implementată în echipamente specifice numite contoare de energie electrică şi au rolul de a măsura bidirecŃional (primit şi livrat) energiile electrice trifazate:

activă (+A, -A); reactivă (+R, -R).

cu posibilitatea setării prin programare a unităŃilor de măsură. În baza semnelor lui A şi R, microprocesorul contorului de energie electrică trebuie să poată

aloca energia reactivă pe cele patru cadrane: +Ri, +Rc, -Ri, -Rc. FuncŃia de măsurare a energiei electrice poate fi implementată şi în terminale de control, dar

în cadrul acestor echipamente va avea numai rol informativ fără a fi folosită în operaŃii de decontare comercială.

Contoarele de energie electrică vor măsura, afişa şi stoca următoarele mărimi de instrumentaŃie:

tensiuni de fază; curenŃi pe fiecare fază; defazaje între tensiuni; defazaje între curenŃi şi tensiuni; puteri active şi reactive monofazate şi trifazate; factor de putere pe fiecare fază; frecvenŃa reŃelei.


Contoarele sunt capabile să memoreze mărimile de instrumentaŃie în funcŃie de modul în care au fost programate.

Contoarele de energie electrică sunt prevazute cu o memorie nevolatilă care conŃine: parametrizarea contorului; curba de sarcină şi curba de variaŃie a mărimilor de instrumentaŃie; valorile curente ale regiştrilor de energie electrică; jurnalul de evenimente/alarme.

Parametrizarea contorului de energie electrică este creată cu ajutorul aplicaŃiei soft de exploatare, mentenanŃă si parametrizare şi tot cu ajutorul acestei aplicaŃii este transmisă contorului de energie electrică care o va memora în memoria nevolatilă.

Contoarele de energiei electrică trebuie să aibă următoarele capabilităŃi de stocare: să permită diferite moduri de stocare şi anume:

o indecşi de energie electrică; o energii electrice.

să permită stocarea a minim 6 canale selectabile (A+,A-,+Ri,+Rc, -Ri,-Rc) la interval de 15 minute, timp de minim 45 de zile;

palierele de memorare vor fi parametrizabile: 15, 30, 60 minute. Contoarele de energie electrică trebuie să aibă capabilitatea de stocare a mărimilor de

instrumentaŃie precizate mai sus, la interval de 60 de minute, timp de minim 10 zile. Stocarea diferitelor cantităŃi de energie respectiv a mărimilor de instrumentaŃie în curba de

sarcină şi de variaŃie a mărimilor de instrumentaŃie trebuie să nu fie afectată în timp ce contorul comunică prin intermediul portului optic sau printr-una dintre interfeŃele de comunicaŃie.

Contoarele de energie electrică vor avea un jurnal de evenimente/alarme intern, accesibil cu ajutorul aplicaŃiei pentru mentenanŃă şi parametrizare, jurnal în care se vor memora evenimentele şi alarmele.

Erorile interne ale contorului de energie electrică care pot împiedica contorul să măsoare corect şi pot duce la date măsurate incorecte sunt clasificate ca şi alarme. Alarmele trebuie să fie afisate pe display-ul contorului de energie electrica şi memorate în jurnalul de evenimente.

Spre deosebire de alarme, evenimentele nu împiedică contorul să măsoare corect. Minimal, contorul de energie electrică va memora în jurnal urmatoarele evenimente/alarme:

parametrizarea contorului de energie electrică; schimbările de la ora de vară la cea de iarnă şi invers; ajustarea ceasului contorului de energie electrică ; lipsa tensiunii de măsură pe una sau mai multe faze; lipsa curentului pe una sau mai multe faze; absenŃa tensiunii de alimentare auxiliară; tesiunea bateriei scăzută ; resetarea regiştrilor de energie ; resetarea curbei de sarcină ; resetarea jurnalului de evenimente; modificarea manuală a valorilor înregistrate.

Evenimentele vor fi memorate cu marcarea datei şi orei la care au apărut şi a codului evenimentului.

Jurnalul de evenimente va fi organizat ca un tampon circular, cea mai veche intrare va fi suprascrisa de ce mai recenta intrare.

smccpsen+-+capitolul+3.pdf

Documents