RELEJNA ZATITA EE POSTROJENJA

______________________________________________________________________________________

4. Zemljospojne zatite4.1. Karakteristike zemljospoja u izoliranoj mrei

Na slici 1 je data uprotena shema mree sa zemljospojem u jednoj fazi. Ovakva shema se uobiajeno koristi kod analize zemljospoja u mrei. Poduna impedansa voda se moe zanemariti jer je znatno manja od poprene impedanse. Pri tome se takoer zanemaruje i aktivna odvodnost voda jer je znatno manja od kapacitivne reaktanse voda, tako da u razmatranje ulazi samo kapacitivna struja zemljospoja predstavljena na slici.

Kapacitet C0 predstavlja ukupni dozemni (nulti) kapacitet svake pojedinane faze prema zemlji , a otpor Rf je aktivni otpor, odnosno rezistansa na mjestu kvara. Pretpostavljeni tok kapacitivnih struja u mrei predstavljen je simboliki strelicama na slici. Struja potroaa se moe zanemariti jer ne utie na proraun (pretpostavka je da je optereenje simetrino, to je u praksi sluaj). Poduni parametri voda su prikazani preko skoncentrisanih parametara, odnosno kapaciteta voda. Na taj nain u razmatranje ulaze samo kapacitivne komponente struje kvara.

Prije nastanka zemljospoja izmeu faza R, S, T i zemlje vladaju fazni naponi, koji kroz dozemne kapacitete tjeraju kapacitivne struje. Suma tih struja u svakoj taki odvoda je jednaka nuli. Napon zvjezdita prema zemlji je jednak nuli.

Kod metalnog zemljospoja jedne faze sa zemljom, npr. faze T, napon ove faze prema zemlji postaje jednak nuli, dok se u zvjezditu pojavljuje napon koji je istog iznosa ali suprotnog smjera od napona one faze koja je u zemljospoju. Napon u zvjezditu, odnosno nulti napon sistema se moe dobiti iz sljedee relacije:

3U0 = (ER + ES + ET) = ( ERT + EST ) = (ER ET + ES ET + ET ET) = -3ET

Slika 1. Zemljospoj u izoliranoj mrei

S obzirom da je faza T u zemljospoju, a linijski naponi ostaju nepromjenjeni, fazni naponi dviju faza koje nisu u kvaru poprimaju vrijednost linijskog napona. Ako sa ER0, ES0 i ET0 obiljeimo vrijednosti faznih napona na mjestu zemljospoja moemo napisati:

ER0 = ER + U0 =ER ( ET = ERT

ES0 = ES + U0 =ES ( ET = EST

ET0 = ET + U0 =ET ( ET = 0

Poveanje napona izmeu zdravih faza i zemlje ima za posljedicu nastanak novog toka kapacitivnih struja. Kapacitivne struje u fazama R i S uzrokovane naponima ERT i EST imaju vrijednost:

ICR = j(C0ERT ,ICS = j(C0EST .Ukupna kapacitivna struja zemljospoja dobiva se kao vektorska suma svih kapacitivnih struja zdravih faza, tako da je:

IZ = ICR + ICS = j(C0(ERT+ EST) = 3j(C0U0 = (3j(C0ET .Ukupna struja IZ koja tee na mjestu zemljospoja prednjai naponu U0 za 900. Vektorski dijagram napona i struja za sluaj zemljospoja dat je na slici 2.

Iz izloenog se vidi da se kod zemljospoja u mrei pojavljuju napon i struja nulte komponente koji imaju vrijednost:

gdje je E odgovarajua vrijednost faznog napona u mrei.

Slika 2. Vektorski dijagram napona i struja za sluaj zemljospoja u izoliranoj mreiRezidualna, odnosno trostruka vrijednost nulte komponente struje zemljospoja koju mjeri relej na odlazu koji je u kvaru, u napojnom objeku, kao to emo to vidjeti i kasnije, rezultat je postojanja kapacitivnih struja zdravih faza odlaza koji nisu u kvara, a ne vlastite struje zemljospoja. Ovo uzrokuje glavni problem u selektivnosti i lociranju mjesta kvara kod upotrebe zemljospojnih releja u distributivnim mreama.

U ukupnoj struji zemljospoja, pored kapacitivnih komponenti struje kvara uestvuju i struje aktivne odvodnosti zdravih faza mree. Ove struje teku od faznih vodia prema zemlji formirajui aktivnu komponentu struje kvara koja je u fazi sa naponom zvjezdita transformatora Uo. Ove struje se vektorski sabiraju sa kapacitivnim strujama zemljospoja, koje su meusobno pomjerene za 900 inei tako ukupnu struju zemljospoja u mrei. S obzirom da struje odvodnosti ne prelazi 3-8 % vrijednosti kapacitivne struje u zranoj mrei, a u kablovskoj mrei taj procenat je i manji, 1- 3%, one se mogu zanemariti.

Ekvivalentna shema razmatranog zemljospoja moe se jednostavno dobiti putem Thevenenovog ekvivalenta. Posmatrano iz take kvara, ukupni ekvivalentni kapacitet predstavlja paralelnu vezu tri dozemna kapaciteta C0 , dok je napon prije kvara jednak faznom naponu mree E. Ostale impedanse mree su male u poreenju sa dozemnim kapacitetom C0 i mogu se zanemariti, tako da ekvivalentna shema ima izgled kao na slici 3.

Slika 3. Ekvivalentna shema za sluaj zemljospoja u izoliranoj mrei

U sluaju kada je otpor kvara Rf=0, apsolutna vrijednost kapacitivne struje zemljospoja iznosi:

Dozemni kapacitet C0 zavisi samo od tipa i duine galvanski spregnute mree, odnosno ukupne kapacitivnosti svih vodova u mrei. U radijalno napajanim distributivnim mreama, kao to je u praksi uglavnom sluaj, kapacitet C0 predstavlja ukupni dozemni ili nulti kapacitet svih vodova koji su vezani za objekat napajanja.

U sluaju postojanja prelaznog otpora Rf na mjestu kvara, kompleksna vrijednost struje zemljospoja se redukuje na osnovu sljedee relacije:

odnosno napisano u apsolutnom iznosu:

Na osnovu poznate vrijednosti struje zemljospoja u mrei IZ moemo izraunati redukovanu struju zemljospoja I za sluaj prelaznog otpora Rf na mjestu kvara prema relaciji:

Kapacitivna struja zemljospoja I praktino ne zavisi od mjesta kvara nego samo od ukupne kapacitivnosti razmatrane ekvivalentne mree i vrijednosti faznog napona mree.

Nulta komponenta napona Uo koja uzrokuje tok nulte komponente struje kvara kroz nultu komponentu kapacitivnosti mree u apsolutnom iznosu jednaka je:

Na osnovu gornjih jednaina moemo napisati relaciju koja nam daje vrijednost odnosa napona neutralne take U0 i faznog napona u mrei E u zavisnosti od prelaznog otpora Rf na mjestu kvara i kapacitivnosti mree (C0 kao:

Vidimo da je najvea vrijednost napona nul take U0 jednaka iznosu faznog napona E u sluaju kada je otpor Rf na mjestu kvara jednak nuli. S porastmo otpora kvara Rf nulta komponenta napona se smanjuje. Na osnovu prethodne relacije zakljuujemo da se vektora napona U0 ,u zavisnosti od promjene otpora Rf , kree po krunici iji je prenik jednak iznosu faznog napona E u mrei, a ija jednaina glasi:

Vektorski dijagram promjene napona U0 u zavisnosti od otpora Rf shodno prethodnoj relaciji prikazan je na slici 4.

Slika 4. Vektorski dijagram napona u mrei u zavisnosti od promjene otpora kvara RfU sluaju metalnog zemljospoja, kada je otpor kvara Rf=0, naponi zdravih faza se poveavaju za (3 i postiu vrijednost linijskog napona u mrei. Maksimalna vrijednost faznog napona iznosi 1.05U, gdje U predstavlja vrijednost linijskog napona u mrei i on dostie taj iznos onda kada je otpor kvara iznosi priblino 37% nulte kapacitivne reaktanse mree. Na osnovu izvedenih relacija i dijagrama sa slika moemo izvui veoma vaan zakljuak. Struja zemljospoja I u izoliranoj mrei, prednjai neutralnom naponu U0 za 900. Ovaj ugao je konstantan i ne zavisi od vrijednosti otpora kvara Rf. Otpor kvara Rf utie samo na iznos struje i napona u mrei, ali ne i na fazni ugao izmeu njih.Ukoliko je poznata vrijednost nultog napona Uo i kapacitivnost mree 3(Co, onda se vrijednost prelaznog otpora Rf na mjestu kvara, uz poznat iznos faznog napona E moe dobiti iz relacije:

Prema statistikim podacima, veliki broj zemljospojeva u mrei praen prelaznim otporom na mjestu kvara ija vrijednost se kree od nekoliko k( do nekoliko 100 k(. U tom sluaju, vrijednost struje zemljospoja kao i napon neutralne take je veoma mali. Tako, npr. za sluaj 10 kV mree uz pretpostavljenu struju direktnog zemljospoja od 10 A, redukovana vrijednost struje zemljospoja kod prelaznog otpora od 10 k( iznosi svega 0,576 A, dok napon U0 iznosi priblino 100 V (sve vrijednosti se odnose na primarne vrijednosti u mrei). Da bi se detektovali i locirali ovakvi kvarovi potrebno je imati zemljospojne zatite s velikom strujnom i naponskom osjetljivou.

Duina trajanja rada mree u zemljospoju u principu nije ograniena, ali se u praksi uzima da ovo vrijeme nije vee od 2 h. Ukoliko struja zemljospoja nije velika, ne ide se direktno na iskljuenje nego je dovoljna prvo signalizacija nastanka zemljospoja u mrei, a rad mree se nastavlja pod zemljospojem. U objektima primarne distribucije elektrine energije uobiajeno je da se signalizacija zemljospoja realizuje pomou nadnaponskog releja u mjernom polju koji je prikljuen na napon otvorenog trokuta sekundarnih namotaja tri jednopolno izolirana naponska mjerna transformatora. S obzirom da se iz objekta obino napaja vie srednjenaponskih odlaza, na ovaj nain nije mogue tano utvrditi na kojem od odlaza je zemljospoj. Eliminacija zemljospoja se svodi na runo ili automatizirano iskljuenje jednog po jednog odlaza do eliminiranja zemljospoja. Vrijeme iskljuenja u pravilu nije due od propisanih 2 h. U suprotnom, poveava se vjerovatnoa pojave dvostrukog zemljospoja koji bi mogao termiki da ugrozi uzemljiva postrojenja i izazove veoma visoke napone dodira u postrojenju i u distributivnoj mrei. Takoer, dugotrajan rad pod zemljospojem nepovoljno utie na sigurnost pojedinih elemenata postrojenja, kao to su jednopolno izolirani naponski mjerni transformatori, odvodnici prenapona i dr. U pravilu, ovo vrijeme trajanja zemljospoja u objektima primarne distribucije, s obzirom da se radi o objektima u kojima postoji posada, u veini sluajeva ne iznosi vie od nekoliko minute, to je ipak dugo u sluaju intermitirajuih kvarova i pojave prenapona u mrei.

Ukoliko se eli selektivno iskljuenje kvarnog odlaza djelovanjem odgovarajue zatite, potrebna je ugradnja veoma osjetljive usmjerene zemljospojne zatite. Izbor releja normalno zavisi od vrijednosti zemljospojne struje u mrei. Ukoliko je ta struja reda nekoliko ampera, osjetljivost releja mora biti jako velika, to nije uvijek lahko postii. U takvim sluajevima teko je postii potrebnu osjetljivost i selektivnost releja istovremeno.

Jedna od osnovnih prednosti izolovanih mrea je mogunost dugotrajnog pogona tokom trajanja zemljospoja, kao i eliminiranje, odnosno samogaenje prolaznog zemljospoja usljed samogaenja struje luka na mjestu kvara. Uvjeti za samogaenje zemljospoja su veoma sloeni i zavise od niza faktora koji su uticani mjestom kvara, vrijednou struje zemljospoja, brzinom uspostavljanja povratnog napona , kao i nekim drugim injenicama, stohastike i nepredvidive prirode, kao to su vlanost na mjestu kvara, brzina vjetra itd.

Uvjeti za gaenje struje zemljospoja, nakon prolaska uzroka kvara, bitno ovise o brzini uspostavljanja tzv. povratnog napona, koji predstavlja napon faze u kvaru koji se ponovno javlja na mjestu kvara kod prekidanja struje zemljospoja. Ovaj povratni napon moe imati amplitudu znatno veu od amplitude nazivnog napona posebno u poetnom periodu poslije gaenja struje luka. Amplitudna vrijednost napona moe biti i do dva puta vea od vrijednosti faznog napona, tako da moe uzrokovati ponovni preskok na mjestu kvara i ponovno uspostavljanje struje zemljospoja, a to je opet praeno pojavom jo veih prenapona. Ukoliko je struja zemljospoja mala, tako da ne moe da upostavi stacionaran luk na mjestu kvara, moe doi do viestrukog uzastopnog gaenja i ponovnog paljenja elektrinog luka na mjestu kvara, to ima za posljedicu pojavu znatnih prenapona koji se poveavaju sa svakom narednom pojavom, kako na fazi koja je u kvaru, tako i na ispravnim fazama. Ovi prenaponi su rezultat superpozicije napona osnovne frekvencije i viih harmonikih komponenti sa zaostalim istosmjernim naponom od prethodnog gaenja luka kao rezultat statikog naboja faze u kvaru nakog prekidanja struje. Zbog samog svojstva uzastopnog paljenja i gaenja struje kvara ovi kvarovi nazivaju se intermitirajui, a prenaponi kao posljedica prekidanja luka struje zemljospoja nazivaju se intermitirani prenaponi.

Na kraju moemo ponoviti koje su to osnovne karakteristike zemljospojeva u izoliranim mreama:

Pad napona u onoj fazi koja je u zemljospoju. Vrijednost napona varira gotovo od pune vrijednosti faznog napona (u sluaju visokoomskih kvarova) do veoma malih vrijednosti u sluaju metalnih spojeva sa zemljom.

Porast napona u zdravim fazama proporcionalno padu napona u kvarnoj fazi. Fazni naponi mogu dostii vrijednost linijskog napona u sluaju direktnih metalnih zemnih spojeva.

Pojava intermitirajuih zemljospojeva (pojava paljenja i gaenja luka na mjestu zemljospoja) ukoliko je vrijednost struje zemljospoja vea od vrijednosti struje samogaenja luka na mjestu kvara. Pojava intermitirajueg zemljospoja uzrokuje pojavu opasnih prenapona tzv. intermitirajuih prenapona koji mogu dostii i vrijednost od 1,8x(2 puta veu vrijednost od faznog napona, a u toku trajanja prelaznog procesa ova vrijednost moe biti i vea.

Kao posljedica prenapona moe doi do otkaza opreme, posebno proboja izolacije jednopolno izoliranih naponskih mjernih transformatora, proboja odvodnika prenapona, optereenja kablovske izolacije i dr..

Iznos struje zemljospoja zavisi od konfiguracije i karaktera mree. U sluaju da vrijednost struje prelazi vrijednost struje samogaenja luka na mjestu kvara, ne moe doi do samoeliminacije zemljospoja, tako da je neophodno brzo djelovanje zatitnih ureaja prije nego to doe do znaajnijeg poremeaja u pogonu.

Kada struja zemljospoja prekorai tehniki dozvoljenu graninu vrijednost, rad mree sa izoliranim zvjezditem ne zadovoljava vie svoje potrebe tako da treba prijei na druge alternativne naine uzemljenja neutralne take, kao to je uzemljenje preko niskoomskog otpornika.

Osnovni nedostaci rada mree sa izolovanom neutralnom takom su:

kod veih struja zemljospoja ne dolazi do samogaenja struje prolaznog zemljospoja i oni prelaze u trajne zemljospojeve,

kod dueg rada mree pod zemljospojem raste vjerovatnoa pojave dvostrukog zemljospoja sa znatnim strujama kvara koje nepovoljno djeluju na elemente mree,

kod malih struja zemljospoja (reda nekoliko ampera) postoji mogunost nastanka intermitiranih prenapona koji mogu imati veoma velike vrijednosti i koji nepovoljno djeluju na izolaciju ugraene opreme posebno mjernih transformatora, elektromotora i dr.

Ovdje jo jednom treba istai prednost ovakvog naina uzemljenja mree, koja se ogleda u injenici da kod zemljospoja u mrei, sistem moe nastaviti rad u reimu zemljospoja, a to znai da su potroai i dalje napojeni elektrinom energijom. To posebno dolazi do izraaja kod napajanja potroaa osjetljivih na prekide u napajanju, koji ne ostaju bez napajanja usljed estih i nepotrebnih ispada kod pojave prolaznih zemljospojeva u distributivnoj mrei.

4.2. Opi principi rada zemljospojnih relejaU naim srednjenaponskim mreama prisutne su razliite izvedbe releja za dojavu zemljospoja u mrei. U upotrebi su releji svih generacija, od elektromehanikih releja prve izvedbe, preko statikih zemljospojnih releja srednje generacije, do najnovijih numerikih viefunkcijskih zatitnih ureaja.

U ovom dijelu emo se upoznati s osnovnim principima rada zemljospojnih releja bez obzira na tip i izvedbu releja. Prije toga navest emo koje su to najvanije fizikalne pojave i karakteristine veliine bitne s aspekta rada zemljospojnih zatita, a koje su prisutne u mrei kod jednopolnih kvarova.

Neovisno od naina tretmana neutralne take srednjenaponske mree, jednopolni zemni spoj u mrei karakteriu sljedee pojave:

pad napona u fazi koja je zahvaena zemljospojem i pojava nesimetrije napona u sistemu,

pojava napona u zvjezditu, odnosno u neutralnoj taki mree, iji iznos zavisi od vrijednosti prelaznog otpora na mjestu kvara i otpora u zvjezditu energetskog transformatora,

novi tok kapacitivnih komponenti struja kvara u mrei koje teku od svih zdravih vodova prema mjestu kvara, neovisno od naina uzemljenja neutralne take mree,

kapacitivne struje na zdravim odlazima imaju suprotan smjer u odnosu na kapacitivnu struju na odlazu koji je u zemljospoju,

pojava nulte komponente struje kao posljedice nesimetrije struja, odnosno kvara u mrei, bez obzira da li se radi samo o kapacitivnoj struji u izoliranim mreama ili i aktivnoj komponeti struje kroz otpornik u sluaju mree uzemljene preko niskoomskog otpornika.

Kod izoliranih distributivnih sistema, dozvoljen je dugotrajniji rad mree pod zemljospojem, dok u sluaju mree uzemljene preko otpornika potrebno je to prije iskljuiti kvarnu dionici. Takoer i kod izoliranih mrea poeljno je to prije eliminirati mjesto kvara, jer se zbog pojave intermitiranih zemljospojeva mogu pojaviti visoki prenaponi opasni po opremu, to moe imati za posljedicu vee kvarove u sistemu.

U tom smislu, a u skladu s navedenim fizikalnim pojavama i elektrinim veliinama koje karakteriu zemljospoj u mrei, princip rada zemljospojnih zatita u sistemu baziran je obino na:

mjerenju samo rezidualne (ili nulte) komponente napona 3U0 (ili U0),

mjerenju samo rezidualne (ili nulte) komponente struje 3I0 (ili I0) ili

mjerenju obje veliine i rezidualne (ili nulte) komponente napona i rezidualne (ili nulte) komponente struje i faznog ugla izmeu njih.

Ukoliko se detekcija kvara vri samo na osnovu mjerenja nulte komponente napona u sistemu, tada se upotrebljavaju relativno jednostavni nadnaponski releji koji mjere odgovarajuu vrijednost rezidualnog (ili nultog) napona u mrei i signaliziraju kvar ukoliko izmjerena vrijednost napona prekorai podeenu vrijednost na releju.

Ukoliko se detekcija vri samo na osnovu mjerenja nulte komponente struje, upotrebljavaju se klasini prekostrujni releji, ali znatno vee osjetljivosti u odnosu na uobiajene prekostrujne releje. To su tzv. zemljospojni neusmjereni releji, na bazi mjerenja homopolarne ili nulte komponente struje kvara koji se pobuuju kada odgovarajua nulta komponenta struje kvara (ili rezidualna struja) prekorai podeeni prag.

Ukoliko zemljosponi relej za svoj radi koristi strujnu i naponsku informaciju tada je rije o usmjerenim zemljospojnim relejima. Bez obzira na izvedbu i proradnu karakteristiku usmjerene zemljospojne zatite, princip rada je zasnovan na mjerenju nulte komponente struje i napona, kako po iznosu tako i po faznom uglu izmeu napona i struje. Prorada zatite je definisana podeenjem odgovarajuih parametara, a inicirana je ako:

nulta komponenta struje I0 ( ili 3I0) prekorai podeenu vrijednost,

nulta komponenta napona U0 (ili 3U0) prekorai podeenu vrijednost,

fazni ugao ( izmeu napona U0 i struje I0 je unutar odgovarajueg opsega podeenja.

U nastavku rada emo navesti ope karakteristike zemljospojnih zatita zavisno od toga na kojem principu je zasnovana detekcija kvara u mrei.

4.2. Naponski relej za indikaciju zemljospoja u mrei

U sluaju trafostanica primarne distribucije elektrine energije sa malim brojem odlaza i izoliranom neutralnom takom, najjednostavniji i najjeftiniji nain za detekciju zemljospojeva u mrei je upotreba releja koji mjeri napon sa otvorenog trokuta naponskih mjernih transformatora na sabirnicama napojne transformatorske stanice. Napon na krajevima otvorenog trokuta predstavlja sumu tri fazna napona ili rezidualni napon u mrei, koji je po definiciji simetrinih komponenti jednak trostrukoj vrijednosti neutralnog ili nultog napona. Zbog toga se esto ovi releji nazivaju i naponski releji nulte komponente napona ili releji na bazi mjerenja neutralnog napona u mrei.

S obzirom da je neutralni napon kod pojave zemljospoja gotovo isti u itavoj mrei, to na ovaj nain nije mogue izvriti tano lociranje mjesta kvara nego samo njegovu pojavu u sistemu. U tom sluaju, lociranje mjesta kvara svodi se na runo iskljuenje jednog po jednog odlaza, odnosno dionice voda do eliminacije kvara. Ovaj nain je efikasan u sluaju malog broja odlaza, a ima opravdanje jedino kod manje vanih potroakih mrea, zbog veeg broja manipulacija i nepotrebnih iskljuenja odlaza koji nisu u kvaru, s ciljem traenja i eliminiranja kvarne dionice.

U nadzemnim mreama esta je pojava visokoomskih kvarova koji se javljaju najee kao posljedica dodira ili pada vodia na kronju drveta, snijeg ili zaleenu zemlju. Tipina vrijednost otpora drveta kree se izmeu 20-80 k(, dok u sluaju zaleene zemlje mogua je i vrijednost od nekoliko 100 k(. Da bi se detektovali visokoomski kvarovi potrebni su vrlo osjetljivi nadnaponski releji. Naponski prag takvog releja treba da bude to manji, a najnia granica osjetljivosti zavisi od iznosa nultog napona u normalnom pogonu. U izoliranim mreama ovaj napon iznosi oko 1% nominalnog faznog napona (Un) u sistemu. Prema mjerenjima u naim objektima vrijednost napona na krajevima otvorenog trokuta sekundara naponskih transformatora u normalnom pogonu iznosi 0,3-0,7 V, zavisno od tipa mree, to iznosi priblino (0,5-1,5%)xUn.

U tom sluaju, detekcija velikih rezistivnih kvarova je oteana zbog toga to je neutralni napon u izvjesnoj mjeri prisutan i tokom normalnog pogonskog stanja mree. On je posljedica prirodne nesimetrinosti, neizbalansiranosti optereenja na pojedinim odlazima iz objekta i na njega se ne moe bitnije uticati. Pojava lane nulte komponente napona uzrokovana je takoer i netanou naponskih mjernih transformatora i postojanju viih harmonijskih lanova, posebno treeg harmonika koji je istofazan pa se u punom iznosu prenosi na relej. Zbog svega toga podeenje pobudnog lana nadnaponskog releja nulte komponente napona ne bi smjelo biti manje od 0,02xUn, odnosno 2% nazivnog napona sekundara naponskih mjernih transformatora.

Zavisno od izvedbe releja, signalizacija zemljospoja se izvodi najee upotrebom nadnaponskog releja koji je spojen na krajeve otvorenog trokuta sekundarnih namotaja tri jednopolno izolovana naponska mjerna transformatora. Napon na krajevima trokuta srazmjeran je trostrukoj vrijednosti nulte komponente napona, tzv. rezidualni napon u mrei.

3U0 = UR+US+UTU normalnom pogonu zbir sva tri fazna napona je priblino jednak nuli, tako da na krajevima otvorenog trokuta nema napona. Kod pojave zemljospoja u mrei dolazi do nesimetrije napona i pojave napona na krajevima otvorenog trokuta koji je jednak iznosu faznog napona u mrei. Npr. u sluaju metalnog zemljospoja u fazi T:

3U0 = URT+UST = (UR (UT+ US (UT) = (3UT .

Uobiajeni spoj otvorenog trokuta naponskih mjernih transformatora za potrebe mjerenja rezidualnog napona prikazan je na slici 1.

Slika 1. Spoj otvorenog trokuta naponskih transformatora za potrebe mjerenje 3U0Nedostatak ovakvog spoja je to je u sluaju pregaranja osiguraa na sekundaru namotaja spojenog u trokut napon na krajevima otvorenog trokuta jednak nuli, isto kao u normalnom pogonskom stanju. Takoer, uobiajena sekundarna vrijednost napona je 100/(3V ukoliko nije posebno predvien namotaj za formiranje otvorenog trokuta. U tom sluaju napon 3U0 kod zemljospoja u izolovanoj mrei ima vrijednost 300/(3 V to je vie od doputene vrijednosti naponskog ulaza releja. Zbog toga je potrebno imati poseban namotaj naponskih transformatora sa sekundarnom vrijednou napona od 100/3V koji se koristi za formiranje rezidualnog napona za potrebe relejne zatite.

U novije vrijeme sve vie upotrebljavaju naponski releji s tri ili vie naponskih ulaza na koje se sa sekundara naponskih transformatora dovode odgovarajue vrijednosti faznih ili linijskih napona. Ovi releji mjere ne samo amplitudnu vrijednost napona pojedinih faza nego i fazni pomak izmeu njih, te na osnovu toga izraunavaju vrijednost rezidualnog 3U0 ili nultog napona U0 u mrei. Obino u sebi posjeduju i nadnaponski i podnaponski mjerni lan , to omoguava da se pomou jednog releja signalizira nestanak ili pad napona na sabirnicama, porast napona iznad dozvoljene vrijednosti, kao i pojava nulte komponente napona usljed zemljospoja u mrei.

Na slici 2. prikazan je jedan od takvih poboljanih naina spoja releja na odgovarajue vrijednosti faznih napona pomou posebne izvedbe otvorenog trokuta naponskih mjernih transformatora, tako da se sva tri sekundarana napona uvode u relej. Na ovaj nain relej moe mjeriti sva tri fazna napona i rezidualni napon 3U0 za potrebe detekcije zemljospoja u mrei.

Neke od prednosti ovog spoja su:

napon na ulazu u relej nije povean kao u prethodnom sluaju kod upotrebe klasinih naponskih transformatora bez posebnog izvedenog jezgra za otvoreni trokut,

relej moe vriti detekciju i provjeru sekundarnog kruga kod pregaranja osiguraa ili prekida vodia,

mogunost detekcije faze u zemljospoju, a ne samo pojavu zemljospoja,

relej moe mjeriti svaki pojedinani napon i izraunavati potrebne napone simetrinih komponenti zavisno od potreba mjerenja i detekcije kvara.

Slika 2. Jedan od naina spoja naponskog releja na odgovarajue vrijednosti faznih napona preko posebne izvedbe otvorenog trokuta naponskih mjernih transformatora

4.3. Neusmjereni zemljospojni releji

U radijalno napajanim distributivnim sistemima sa izoliranom neutralnom takom, posebno u sluajevima kada su kapacitivne struje zemljospoja dovoljno velike, zemljospojna zatita se moe realizirati pomou osjetljivog releja prikljuenog na odgovarajui spoj strujnih mjernih transformatora pogodan za mjerenje struje zemljospoja. U tom sluaju mjerni lan zemljospojnih zatita je obini prekostrujni relej, ija osjetljivost mjernog lana treba da bude to vea kako bi se mogli detektovati i kvarovi s malim iznosom struje kvara.

Informacija o struji zemljospoja koju relej treba da mjeri moe se dobiti na razliite naine. Uobiajeno je da se strujna grana releja prikljuuje preko paralelne veze tri ista strujna mjerna transformatora ili se sve tri fazne struje uvode neovisno u relej i u samom releju formira njihova suma za potrebe mjerenje struje zemljospoja. U sluajevima kablovskih odlaza moe se upotrijebiti i obuhvatni strujni transformator sa samo jednom eljeznom jezgrom i jednim sekundarnim namotajem.

Na slici 1. prikazan je uobiajeni nain prikljuka zemljospojnog releja na sumarni spoj tri strujna transformatora.

Slika 1. Sumarni spoj tri strujna transformatora za mjerenje 3Io

Suma tri struje predstavlja trostruku nultu ili rezidualnu struju koju mjeri relej.

3I0 = IR+IS+IT

S obzirom da relej mjeri sumarnu vrijednost tri fazne struje, odnosno rezidualnu struju trofaznog nesimetrinog sistema koja po definiciji simetrinih komponenti predstavlja trostruku vrijednost nulte komponente struje, ovi releji se esto nazivaju i zemljospojni releji nulte komponente struje, odnosno homopolarni zemljospojni releji.

U normalnom pogonu suma primarnih struja jednaka je nuli ili nekoj maloj vrijednosti koja je posljedica nejednakosti strujnih mjernih transformatora, mogue pojave viih istofaznih harmonijskih lanova u primarnoj struji, kao i eventualne nesimetrije optereenja u sluaju uzemljenih mrea. Zbog vlastite nejednakosti mjernih transformatora, razliitih magnetskih osobina i razlike u optereenju sekundarnih namotaja, mogu se pojaviti strujne pogreke i nulta komponenta struje kroz relej i kod normalnih pogonskih optereenja, a posebno kod vanjskih kratkih spojeva. Zbog toga je ogranieno minimalno podeenje, odnosno osjetljivost zemljospojne zatite, kako ne bi dolazilo do nepotrebnih i neselektivnih ispada usljed lane struje kvara kroz relej. U sluaju potrebe za veom osjetljivou zemljospojne zatite, zatita bi obavezno morala imati ugraen i filter koji proputa samo osnovni val struje, odnosno koji kompenzira struju treeg harmonika koji se javlja u struji nulte komponente i koji moe imati za posljedicu pojavu lane nulte komponente struje kvara i uzrokovati nepotrebno djelovanje zatite.

Sekundarna lana struja zbog nejednakosti strujnih transformatora u normalnom pogonu je relativno mala i iznosi oko 0,01-0,03 A , a maksimalno 0,1A, to ipak po iznosu struje ulazi u opseg podeenja zemljospojne zatite i minimalnih vrijednosti struja zemljopoja u sluaju visokoomskih kvarova u mrei.

Kod nesimetrinih kratkih spojeva i kratkih spojeva s velikom vrijednou istosmjerne komponente struje koja uzrokuje velike struje magnetiziranja mogu se pojaviti kratkotrajne lane struje nulte komponente koje iznose i reda nekoliko ampera. Zbog toga je potrebno, da bi se sprijeilo nepotrebno djelovanje zatite, imati odgovarajue vremensko zatezanje od 0,2-do 0,5 s dok prelazni proces u mrei ne nestane.

Kod upotrebe kablovskih obuhvatnih transformatora gornji problemi nisu prisutni, jer kroz sekundarni namotaj obuhvatnog strujnog transformatora protie struja samo u sluaju proticanja struje zemljospoja kroz kabl. Zbog toga ne postoji mogunost pogrenog djelovanja usljed vanjskih kratkih spojeva, a struja djelovanja releja je neovisna od struje optereenja kabla. Na slici 2 prikazan je nain spoja zemljospojnog releja na kablovski obuhvatni strujni transformator.

Kablovski vod i plat u ovom sluaju predstavljaju primarni vodi s potrebnom izolacijom, pa zbog toga kablovski obuhvatni transformatori mogu biti izvedeni i za niski napon. Mogu se upotrijebiti i kod nadzemnih vodova ako je prikljuak voda u objektu izveden kablovski. Zbog svega navedenog upotreba kablovskih transformatora omoguava vrlo osjetljivo podeenje zamljospojne zatite, tako da proradne struje mogu da iznose 10-50 mA, a ukoliko je potrebno i jo manje 5-10 mA.

Slika 2. Spoj zemljospojnog releja na kablovski obuhvatni strujni transformator

(a-fazni vodi, b-plat kabla, c-vod za uzemljenje)

Upotreba zemljospojnih releja bez smjernog lana opravdana je samo u radijalno napajanoj mrei uzemljenoj preko niskoomskog otpornika. U takvim mreama struja kvara je dovoljno velika da se selektivnost zatite moe u veini sluajeva postii samo po iznosu struje bez poznavanja smjera struje u mrei. To vai onda kada kapacitivne struje kvara koje teku odvodima koji nisu zahvaeni kvarom, nisu velike, odnosno po iznosu nisu bliske podeenju zemljospojnog lana na odlazu. Ovakav pristup zahtjeva dosta veliko podeenje strujnog praga zemljospojne zatite, kako bi se eliminisao uticaj nulte struje kroz relej i mogua neselektivnost neusmjerenih zatita na zdravim vodovima. U tom sluaju, kod visokoomskih kvarova, rizikujemo da zemljospojna zatita uope ne detektuje kvar, jer struja jednopolnog kratkog spoja moe biti manja od pobudne struje zemljospojnog releja na odlazu. injenica je da se ovakvi kvarovi u uzemljenim mreama rijetko javljaju posebno u sluaju kablovskih mrea, ali ipak treba uzeti u obzir i mogunost pojave visokoomskih kvarova. To opet zahtijeva znatno manja podeenja po iznosu struje i znatno veu osjetljivost u odnosu na onu koju nam mogu ponuditi zemljospojne neusmjerene zatite, a da bi se ouvala prijeko potrebna selektivnost, posebno u sluajevima kablovskih mrea s znatnim kapacitivnim strujama na svakom od pojedinanih odlaza, kao i u sluajevima visokoomskih kvarova.

Upotreba neusmjerenih zemljospojnih zatita mogua je i u izoliranim radijalnim mreama s relativno velikim iznosom struje zemljospoja. Kod zemljospoja na jednom odlazu sumiraju se kapacitivne struje svih odlaza, tako da je kapacitivna struja na kvarnom odlazu znatno vea od kapacitivnih struja pojedinanih odlaza. Stoga se kod izbora podeenja releja mora voditi rauna o tome da proradna struja releja bude vea od maksimalne kapacitivne struje vlastitog odvoda kod kvara na drugim odlazima, a s druge strane proradna struja releja treba da bude manja od minimalne sumarne struje najkraeg odlaza koji se napaja iz objekta i odlaza na kojem se podeava zatita. Ovakvo rjeenje zahtijeva tano poznavanje iznosa kapacitivnih struja svakog pojedinanog odlaza za odgovarajue uklopno stanje u mrei. Zato se ovo rjeenje moe primjeniti samo u objektima gdje se ne oekuje bitna promjena uklopnog stanja u mrei, odnosno znaajnija promjena kapacitivne struje. U suprotnom moe doi do neselektivnih ispada ili zatajenja rada zemljospojne neusmjerene zatite.

Sve navedeno namee potrebu ugradnje usmjerenih zemljospojnih zatita kao jedinog tehniki opravdanog rjeenja u srednjenaponskim distributivnim sistemima, ukoliko se eli zadovoljavajua osjetljivost i selektivnost u pogledu rada zatite i detekcije kvara. To je posebno izraeno kod visokoomskih kvarova i malih vrijednosti struje kvara u mrei. U sluaju dvostrano napajanih distributivnih vodova ili paralelnih vodova, to obino nije sluaj u praksi, selektivnost je jedino mogue postii ugradnjom usmjerenih zemljospojnih releja na oba kraja vod. Kod kvara na dvostrano napajanom vodu istovremeno treba da djeluju zemljospojni releja na oba kraja voda i da eliminiraju mjesto kvara. Zbog toga emo u nastavku govoriti samo o usmjerenim zemljospojnim zatitama.

4.4. Usmjereni zemljospojni releji

Usmjereni zemljospojni releji svoj rad temelje na zajednikoj platformi prethodna dva opisana naina detekcije struje zemljospoja i rezidualnog napona u mrei.U tom sluaju detekcija kvara se vri ne samo po iznosu struje nego i po njenom usmjerenju. Usmjerenje se odreuje na osnovu faznog ugla ( izmeu struje zemljospoja i rezidualnog napona koji predstavljaju ulazne mjerne veliine usmerenog zemljospojnog releja. Pri tome su mogue razliite karakteristike prorade releja zavisno od izvedbe i tipa releja. Bez obzira na izvedbu i proradnu karakteristiku, princip rada usmjerenih zemljospojnih zatita zasnovan je uopeno na mjerenju rezidualne (ili nulte) komponente struje kvara, mjerenju rezidualnog (ili nultog) napona u sistemu i mjerenju faznog ugla izmeu njih. Prorada zatite je definisana podeenjem odgovarajuih parametara, a inicirana je ako:

nulta komponenta struje I0 ( ili rezidualna struja 3I0) prekorai podeenu vrijednost,

nulta komponenta napona U0 (ili rezidualni napon 3U0) prekorai podeenu vrijednost,

fazni ugao izmeu napona U0 i struje I0 je unutar odgovarajueg opsega podeenja (obino (b+(( , gdje je (b=00-900 i ((=(700-900), odnosno unutar zone prorade, koja se razliito definie zavisno od tipa i izvedbe releja.

Na slici 1 dat je mogui izgled karakteristike prorade usmjerene zemljospojne zatite za primarne vrijednosti struja i napona na mjestu kvara u mrei.

Promjenom baznog ugla (b, koji dijeli zonu prorade na dva dijela, podeava se poloaj zone prorade u ravni I0, U0 . Na ovaj nain se moe odabrati potreban poloaj zone prorade zavisno od tipa razmatrane mree. U sluaju izolirane mree (b=900 jer su u mrei dominantne kapacitivne struje zemljospoja, tako da zatita detektuje kvara na osnovu kapacitivne komponente struje koja protie kroz relej. Kod uzemljenih mrea preko malog otpora ili rezonantno uzemljene mree detekcija kvara se vri na osnovu aktivne komponente struje kvara. U tom sluaju struja koja protie kroz relej je u fazi s naponom U0 tako da se bazni ugao podeava na (b=00.

Slika 1. Karakteristika prorade usmjerene zemljospojne zatite

Zavisno od proizvoaa i izvedbe relej, karakteristika prorade moe biti definisana i na drugaiji nain, odnosno ugao (b moe biti i negativan, zavisno od naina spoja mjernih veliina struje i napona koji se prikljuuju na relej i logike mjerenja faznog ugla izmeu njih. Zbog toga svaki proizvoa definie zonu prorade i usmjerenje releja prema vlastitoj shemi spoja odgovarajuih ulaznih mjernih veliina struje i napona koje se prikljuuju na relej. Referentna vrijednost za odreivanje faznog ugla, odnosno smjera struje je obino napon 3U0 koji predstavlja ulazni mjerni napon releja, dok ulazna struja koju mjeri relej moe imati razliit smjer. Veina proizvoaa mjerni spoj i prikljuak releja definie tako da struja koju mjeri relej na vodu u kvaru prednjai mjernom naponu 3U0 za 900 kod izolirane mree, odnosno da je aktivna komponenta struje kvara u fazi s naponom 3U0 u sluaju uzemljene mree, a da kapacitivne komponente struje zemljospoja kasne za naponom za 900 na vodovima na kojima nema kvara. Ovakva karakteristika prorade odgovara vektorskom dijagramu primarnih vrijednosti struje i napona na mjestu kvara i obino se susree kod veine zemljospojnih releja. Meutim, stvarni smjer struje na mjestu ugradnje releja je suprotan navedenom, tako da karakteristika prorade releja moe biti definisana i na takav nain. Bez obzira na izgled i nain formiranja karakteristike prorade, zajedniko za sve releje u pogledu naina rada je to je ta da struja kvara koju mjeri relej se nalazi unutar zone prorade releja na vodu na kojem je kvar, odnosno izvan zone prorade na ostalim vodovima na kojima nema kvara.

Zbog velike osjetljivosti i bolje selektivnosti, usmjereni zemljospojni releji su najvie u upotrebi, posebno u izolovanim srednjenaponskim mreama s malim strujama kvara, gdje je detekcija i lociranje mjesta kvara praktino nemogue bez upotrebe usmjerenih zemljospojnih zatita. Pri tome postoje razliiti principi rada, a samim tim i razliite karakteristike i zone prorade usmjerenih zemljospojnih releja.

Pored navedenog i najee koritenog principa rada usmjerenih zemljospojnih releja pojedine izvedbe releja bazirane su na mjerenju nulte komponente snage, tj. mjerenju napona U0 i struje I0 sin( ili I0 cos( zavisno od koritenog spoja, a shodno tipu tiene mree.

U mrei sa izoliranim zvjezditem prilikom spoja jedne faze sa zemljom zbog porasta napona zdravih faza prema zemlji preko vlastitih dozemnih kapaciteta proteie struje zemljospoja koja su u opem sluaju sastoji od aktivne i kapacitivne komponente. Veliina aktivne (radne) komponente zavisi od visine napona i vrijednosti odvodnosti u mrei (odvodnost izolacije izmeu faznog vodia i zemlje), a veliina kapacitivne komponente struje od vrijednosti napona i kapacitivnosti vodova prema zemlji. Kako je kapacitivna komponenta mnogo vea od aktivne komponente struje to je zemljospojna struja gotovo isto kapacitivnog karaktera. Zbog toga se kao kriterijum za djelovanje releja koristi kapacitivna komponenta struje zemljospoja i relej za svoj rad mjeri produkt U0 I0 sin(, tzv. sin( - spoj.

U sluaju kompenzirane mree ili mree uzemljene preko otpornika vie nije mjerodavna kapacitivna struja zemljospoja, tako da relej u ovom sluaju za svoj rad koristi aktivnu komponentu struje zemljospoja i mjeri proizvod U0I0 cos( u tzv. cos( - spoju.

Ovakvi releji se esto nazivaju i vatmetarski releji, a po svom principu rada najvie podsjeaju na brojila za mjerenje aktivne i reaktivne energije u mrei.

Slika 2a. Karakteristika prorade

sin( spoja

Slika 2b. Karakteristika prorade

cos( spoja

Karakteristika prorade releja u zavisnosti od vrste spoja data je na slikama 2a. i 2b. Ovakva karakteristika je fiksno definisana na itavu poluravan za razliku od veine usmjerenih zemljospojnih releja ije karaketristike prorade se podeavaju proizvoljnim izborom podeenja ugla zone prorade, a ponekad i irinom zone prorade. Njena glavna prednost se ogleda upravo u jednostavnosti izbora podeenja zone prorade, a koje zadovoljava gotovo sve praktine sluajeve i potrebe korisnika.Dosadanja razmatranja i nain formiranja karakteristike prorade zemljospojnih releja bazirana je na primarnom posmatranje struja i napona na mjestu kvara u mrei. Meutim, pravu sliku smjera struje kroz relej i nain formiranja karakteristike prorade releja moemo ispravno shvatiti samo na osnovu posmatranja ulaznih mjernih veliina releja.

U tom smislu analizirajmo sluaj mree sa samo dva odlaza od kojih je jedan u zemljospoju. Pretpostavljeni smjer kapacitivnih struja zemljospoja dat je na na slici 3.

Slika 3. Prikaz kapacitivnih struja zemljospoja u izoliranoj mrei sa dva odlaza

Struja na prvom vodu koji nije u kvaru iznosi:

ICR1 = URT / (1/j(C10) = j(C10URT

ICS1 = UST / (1/j(C10) = j(C10UST

IC1 = ICR1 + ICS1gdje je IC1 ukupna kapacitivna struja prvod odlaza koji nije u kvaru.

Struja na drugom vodu u zemljospoju je:

ICR2 = URT / (1/j(C20) = j(C20URT

ICS2 = UST / (1/j(C20) = j(C20UST

IC2 = ICR2 + ICS2

gdje je IC2 ukupna kapacitivna struja drugog odlaza na kojem je zemljospoj.

Na mjestu zemljospoja ukupna struja kvara je:

IZ = IC = IC1 + IC2 = 3j(C10 + C20)U0 = 3jC0U0 .

Ukupna struja koja tee na mjestu zemljospoja je IC i ona prednjai u odnosu na napon U0 za 900 kao to je to ve ranije reeno. Vektorski dijagram je da na slici 4.Ova razmatranja su se dosad odnosila na primarne vrijednosti struja u mrei. Za pravilno interpretiranje i shvaanje naina rada zemljospojnih releja ovakav pristup nije dovoljan obzirom da on ne daje pravu sliku toka struje kroz sam relej. Stvarna vrijednost struja kroz zemljospojne releje (1) i (2) je sekundarna vrijednost dobivena sa paralelne kombinacije sekundara tri strujna mjerna transformatora.

Struja kroz zemljospojni relej (1) iznosi:

iREL(1) = iR1 + iS1 + iT1 = iCR1 + iCS1 + 0 = iC1iREL(1) = iC1= (j(C10URT+ j(C10UST)/piiREL(1) = j(C10(URT + UST)/piiREL(1) = 3j(C10U0/pi

pri emu je pi prenosni odnos strujnih mjernih transformatora.

Slika 4. Vektorski dijagram napona i struja na mjestu kvara kod zemljospoja u fazi T

Struja kroz relej iREL(1) u odnosu na napon sa otvorenog trokuta 3u0 prednjai za 900. Vektorski dijagram sekundarnih vrijednosti napona i struje koje mjeri zemljospojni relej prikazan je na slici 5. Ova struja predstavlja vektorsku sumu kapacitivnih struja zdravih faza odlaza i ona po svom usmjerenju ne smije da izazove proradu releja na odlazu koji nije u kvaru, dok bi po svome iznosu bila dovoljna za proradu.

Struja kroz zemljospojni relej (2) iznosi:iREL(2) = iR2 + iS2 + iT2 = iCR2 + iCS2 - iC

iREL(2) = iC2 (iC1 + iC2) = - iC1iREL(2) = -iC1 = -3j(C10U0/pi

Napon otvorenog trokuta koji se dovodi na relej (1) i (2) je: 3u0 = 3U0/pu pri emu je pu prenosni odnos naponskog mjernog transformatora.

Slika 5. Vektorski dijagram sekundarnih vrijednosti napona i struje

kroz zemljospojni relej kod zemljospoja u fazi T

Struja kroz relej (2) iREL(2) u odnosu na napon 3u0 zaostaje za 900, to se vidi na slici 5. Ova struja ustvari predstavlja ukupnu kapacitivnu struju zdravog odlaza iC1 koja kroz relej (2) na kvarnom odlazu protie u suprotnom smjeru u odnosu na relej (1). Kapacitivne struje zdravih faza iCR2 i iCS2 odlaz koji je u zemljospoju se vektorski ponitavaju na sekundarnoj strani strujnih transformatora obzirom na njihov suprotan smjer u odnosu na struju iC2 faze koja je u kvaru, tako da preostala struja kroz relej (2) je struja dobivena od sume kapacitivnih struja zdravog odlaza iC1. Ova struja treba da pobudi relej (2), kako po svome iznosu, tako i po uglu odnosu na mjerni napona 3u0 koji se dovodi na relej.

Kao to se moe vidjeti iz navedenih razmatranja zemljospojna struja kroz relej prednjai naponu sa otvorenog trokuta za 900 u odvodima koji nisu zahvaeni zemljospojem i zemljospojni relej na ovim odlazima ne smije da radi. Za razliku od prethodnog, na odlazu na kojem je kvar zemljospojna struja koja protie kroz relej kasni u odnosu na napon otvorenog trokuta za 900 i zemljospojni relej u ovom sluaju treba da proradi.

Na osnovu prezentiranog moe se zakljuiti da u sluaju trafostanice sa samo dva odlaza iznosi struja kroz oba zemljospojna releje u sluaju zemljospoja u mrei su isti, samo su meusobno suprotno orjentisani, odnosno vektorski pomjereni za 1800 u odnosu na napon otvorenog trokuta 3U0. Takoer, u sluaju trafostanice sa samo jednim odlazom rezidualna struja 3I0 na odlazu je jednaka nuli, tako da zemljospojni relej ne bi mogao nikada djelovati. Isto vai i za zemljospojni relej na srednjenaponskoj strani transformatora koji nema nikakvu funkciju jer u sluaju zemljospoja na bilo kojem od odvoda ili zemljospoja na samim sabirnicama rezultantna struja koja protie kroz zemljospojni relej je jednaka nuli. To znai da nemamo adekvatnu rezervu u sluaju zatajenja neke zemljospojne zatite na odvodima niti adekvatnu zatitu u sluaju zemljospoja na sabirnicama. Zbog toga je potrebno, kod realizacije zemljospojne zatite u objektu, uvijek imati i dodatni relej za signalizaciju zemljospoja na sabirnicama, kao to je to ve ranije objanjeno.

Na ovaj nain, gledajui sa stanovita sekundarnih vrijednosti napona i struje koje mjeri relej, karakteristika prorade zemljospojne zatite ima sasvim suprotan izgled u odnosu na izgled karakteristike prorade kod primarnog posmatranja struja i napona na mjestu kvara, dat na slici 1. Ovakav prikaz daje stvarni smjer struje kroz relej u odnosu na mjerni napon releja. Neki tipovi releja karakteristiku prorade baziraju na ovaj nain. U praktinim sluajevima, promjena usmjerenja karakteristike releja svodi se na jednostavnu zamjenu polariteta strujnog ili naponskog mjernog ulaza na releju. Zbog toga, da ne bi bilo zabune, svaki proizvoa definie karakteristiku prorade na svoj nain zavisno od sekundarnog spoja mjernih veliina na releju u odnosu na eljeni nain posmatranja, bilo primarnih veliina na mjestu kvara ili sekundarnih vrijednosti struje i napona kroz relej.

5. Numerike viefunkcijske zatite SN odlaza

Prvi mikroprocesorski releji pojavili su se jo davne 1976 god. Svoj rad su bazirali na minikompjuterima koji su se tada prvobitno pojavili. Od 1985 god. poeli su se proizvoditi prvi numeriki releji sa standardnim komunikacionim interfejsom. Od tada nastupa era numerikih zatita.

Glavne prednosti numerikih ureaja u odnosu na stare (elektromehanike i statike) releje su slijedee:

integrisanost vie funkcija u jednom ureaju to rezultira kompaktnijem dizajnu i niim trokovima

visoka pouzdanost zbog postojanja vlastitog monitoringa (self-monitoring) ureaja

velika tanost mjerenja zbog digitalnog filtriranja i obrade informacija i optimizacije mjernih algoritama

konstantnost mjernih i radnih karakteristika zbog potpuno numerikog procesa obrade informacija

integrisanost mnogih dodatnih pomonih funkcija (mjerenje, upravljanje i dr.)

snimanje i arhiviranje informacija o svim dogaanjima (alarmi, kvarovi, statusi i sl.)

meusobno komunikaciono povezivanje vie ureaja i uvezivanje na stanini sistem upravljanja i nazora

komunikaciono uvezivanje prema viem nivou upravljanja (regionalni centar upravljanja) koritenjem odgovarajuih komunikacionih interfejsa i komunikacionih protokola

mogunost integrisanosti funkcija upravljanja i blokade u jednom ureaju to rezultira jednostavnou koncepta zatite, upravljanja, projektovanja i odravanja .

Prve generacije numerikih uraaju su bili iskljuivo zatitni releji sa odgovarajuim zatitnim funkcijama integrisanim u jednom kuitu, bez pomonih monitoring i mjernih funkcija i komunikacionih interfejsa. Podeenje ovih releja je bilo slino kao i kod statikih releja i obavljalo se runo na samom releju. Takve serije numerikih releja se koriste i danas, uglavnom kao rezervene zatite i zatite distributivnih vodova sekundarne distribucije elektrine energije.

Sljedea serija numerikih ureaja pored zatitnih funkcija objedinjavala je i odgovarajue monitoring i mjerne funkcije i imala je ugraen potrebni komunikacioni interfej za vezu sa PC raunarom. Podeenje i programiranje releja se vrilo preko PC raunara i odgovarajuem softvera namjenjenog za te svrhe.

U posljednje vrijeme od numerikih ureaja se trai da dodatno posjeduju i odgovarajue upravljake funkcije i funkcije blokada tako da su u jednom ureaju integrisane sve potrebne funkcije zatite, mjerenja i upravljanja na nivou polja, sa mogunou meusobnog komunikacionog povezivanja zatita na staninom nivou i prema viem centru upravljanja. Komunikacija sa ureajima je iskljuivo preko PC raunara uz upotrebu odgovarajuih programa namjenjenih za te svrhe.

Na slici 1. su prikazana dva razliita koncepta primjene numerikih ureaja, jedan koji jedan obavlja funkciju zatite i mjerenje, a drugi i funkciju upravljanja na nivou polja.

Slika 1.

Hardverska struktura numerikih ureaja

Primjer izgleda hardverske strukture numerikih ureaja prikazan je na slici 2. Ona se sastoji od modula analognih i binarnih ulaza, ulaznog pojaala, A/D konvertora, mikroprocesorskog modula, modula binarnih izlaza, komunikacionih portova i HMI interfejsa.

Slika 2.Analogni mjerni ulazi (MI) sadre strujne i naponske informacione transformatore za fazne i nulte komponente struja i napona. Analogne vrijednosti se vode na ulazno pojaalo IA koje se sastoji od filtera za procesiranje mjernih veliina prije A/D konvertora. A/D konvertor se sastoji od memorijskih komponenti, multipleksera i konvertora analognih signala u digitalne informacije pogodne za mikroprocesorsku obradu.Mikroprocesorski sistem obavlja slijedee funkcije: filtriranje i obrada mjernih veliina, stalni monitoring mjernih veliina, monitoring proradnih vrijednosti za pojedine zatitne funkcije, upravljanje signalima za logike funkcije, izlazne upravljake komande, pohranjivanje podataka i poruka o svim dogaajima, alarmima, kvarovima i komandama.

Preko binarnih ulaza se uvode u relej potrebne informacije od drugih ureaja i aparata u polju (npr. poloajna signalizacija aparata u polju, blokada od druge zatite i dr.). Broj BI moe biti razliit zavisno od potreba korisnika, a svaki od BI je konfigurabilan prema vlastitim potrebama.

Binarni izlazi omoguavaju izvrne komande rasklopnim aparatima u polju i daljinsku signalizaciju. Broj BO je razliit zavisno od potrebe korisnika.

Lokalni interfejs (HMI) sadri konfigurabilne LED diode za potrebe lokalne alarmne signalizacije, LCD displej namjenjen za lokalnu signalizaciju, prikaz mjerenja i grafiki prikaz uklopnog stanja aparata u polju i odgovarajuih programabilnih funkcijskih tipki..Komunikacije

Moda najvanija prednost modernih numerikih zatita je mogunost realizacije razliitih komunikacih interfejsa namjenjenih za razliite potrebe na nivou polja, objekta i sistema u cjelini. Novi numeriki releji su uglavnom opremljeni sa vie komunikacionih interfejsa za razliite svrhe i to:

komunikacioni port (9-pinski konektor RS232) za direktnu komunikaciju numerikog ureaja i PC raunara koritenjem odgovarajueg softverskog alata

meusobno povezivanje zatita na nivou objekta preko odgovarajuih elektrinih ili optikih portova (RS 485 ili FO)

daljinska komunikacija sa ureajem preko modema i komunikacionog porta na releju (Servis port-RS232 ili RS485)

uvezivanje zatita u jedinstven sistem zatite upravljan i nadzora (SCADA sistem) prema SCADA Port (Serijski interfejs-RS232/RS485/RS5 Profibus/Profibus-FMS FO Link prema IEC 60870)

daljinsko povezivanje zatita na dva razliita kraja voda za potrebe teleprotection funkcija (distantna zatita, poduna diferencijalna zatita i sl.) preko ianog (RS485) ili FO kanala.

sinhronizacija vremena svih zatita u objektu preko GPS ureaja za sinronizaciju vremena i odgovarajueg ulaza u ureaj namjenjenog za ove svrhe.

Na slici 3 i 4 je dat primjer komunikacionog povezivanja numerikih ureaja razliitih serija na lokalnom (staninom) i daljinskom nivou upravljanja i nadzora, koritenjem FO veza, RS485 Profibus sabirnice, el./optikog konvertora, star-cupler-a i raspoloive TK opreme.

Slika 3.

Slika 4.

Od oktobra 2004. godine svi proizvoai releja su duni standardizirati sve komunikacione protokole u skladu sa IEC60870 tako da e biti mogue povezivanje ureaja razliitih proizvoaa u jedinstven sistem upravljanja i nadzora.

Na slici 5. prikazana je komunikaciona struktura sistema stanine automatizacije trafostanicom (tzv. SAS) za realizaciju tzv.SCADA sistema. Svi zatitno-upravljai numeriki ureaji su povezani meusobno i sa centralnim staninim ormarom daljinskog upravljanja preko PROFIBUS sabirnice ili FO komunikacionog protokola u skladu sa IEC 60870. Centralni ormar daljinskog upravljanja povezan je sa staninim SCADA raunarom namjenjenim za deurno operativno osoblje za potrebe staninog upravljanja i nadzora.Druga komunikaciona petlja je sa staninim raunarom inenjera SCADA sistema za potrebe parametriranja i direktne komunikacije sa svakim numerikim ureajem u objektu.

Slika 5.

Operativni programi za komunikaciju i parametriranje numerikih ureaja

Za komunikaciju i parametriranje numerikih ureaja koriste se odgovarajui programski alati koji se kupuju od proizvoaa ureaja. Tako npr. uz ABB numerike releje potreban je programski paket CAP dok je kod SIEMENS-a to program DIGSI.

U nastavku emo rei neto vie o programu DIGSI.

DIGSI je naziv za jedinstven operativni program namjenjen za komunikaciju sa svim numerikim ureajima generacije SIPROTEC SIEMENS.

U osnovnoj verziji program je namjenjen za podeenje (parametriranje) svih funkcija ureaja, a u proirenoj verziji program posjeduje dodatne funkcije kao to su:

Editovanje displeja program namjenjen za kreiranje jednopolne shemei prikaza osnovnih podataka na displeju ureaja

CFC -program namjenjen za kreiranje vlastitih funkcija preko pripadajue baze podataka lofikih funkcija i tajmera i kreiranje blokada kod upravljanja aparatima u polju

DIGSI Remote program namjenjen za daljinsku komunikacija sa ureajima preko telefonske modemske veze

SIGRA program namjenjen za grafiki prikaz razliitih podataka o snimljenim kvarovima u ureaju

IEC 61850 System Configurator -program namjenjen za konfiguriranje i parametriranje odgovarajuih komunikacionih adresa.

U nastavku su dati osnovni izgled klasinog Windows okruenja navedenih programa.

EMBED CorelDRAW.Graphic.9

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

E

2

Uo

2

f

R

3

CoUo

EMBED CorelDRAW.Graphic.12

- 1 -

_1140505800.bin

_1143274897.unknown

_1223449637.bin

_1224578464.unknown

_1252859266.unknown

_1144131974.unknown

_1147011783.unknown

_1141022348.unknown

_1141996250.unknown

_1141996367.unknown

_1141022608.unknown

_1140422466.unknown

_1140427496.unknown

_1140504727.bin

_1140429974.unknown

_1140423425.unknown

_1140423500.unknown

_1140422725.unknown

_1139741551.unknown

_1140422165.unknown

_1139733876.unknown

_1139733903.unknown

_1135936066.unknown

_1135936269.unknown