relejna zaštita

ZAŠTITNA TEHNIKA –RELEJNA TEHNIKA

Prof. Dr. Suad Halilčević

• Za efikasan i pouzdan rad EES potrebna je upravo isto tako i relejna zaštita,

• RZ organizira se kroz odgovarajuće zaštitne šeme,

• Komponenta EES u kvaru mora asap ići u stanje izolacije

• Zaštitne šeme obuhvataju zaštitne releje i krugove isklapanja, tj. prekidače

• Zaštitni relej je mozak zaštitnih šema

• Zaštitni relej (ZR) je osjetljivi uređaj koji “osjeća” kvar, određuje lokaciju kvara, i šalje komandu ka odgovarajućem prekidaču za isklop, odnosno izoliranju komponente u kvaru,

• U prvim danima elektrotehnike koristili su se elektromehanički releji indukcionog disk tipa. Taj disk je vrlo brzo zamijenjen cilindričnim rotorom (visoka brzina, veliki moment)

• Napretkom elektroničkih cijevi, razvijaju se 1940 elektronički releji

• Otkrićem statičkih komponenti (tranzistora) 1950-tih, razvijaju se statički releji

• Kasnih 1960-tih, počinju se koristiti digitalna računala za ZR, a od 1980-tih razvijaju se mikroprocesorski bazirane relejne šeme (fleksibilnost, samopotvrda, obrada signala, itd.),

• Predloženi algoritmi mogu se klasificirati u dvije kategorije: algoritmi distantnih releja (DR) i algoritmi putujućih valova (PV),

• Algoritmi DR obuhvataju određivanje impedance osnovne frekvencije do mjesta kvara iz osnovnih komponenti napona i struje koji se ekstrakuju iz kompleksnih valnih formi nastalih poslije kvara pomoću analognih i/ili digitalnih filtera

• Slemon opisuje određivanje osnovnih komponenti u fazorskoj formi iz uzoraka skupljenih kroz jedan cijeli ciklus promjene korištenjem tehnika Fourier analize,

• Ramamoorty opisuje određivanje impedanse iz pika vrijednosti napona i struje i faznog ugla između njih iz komponenti osnovnih fazora napona i struje

• Oba navedena pristupa traže uzorkovanje preko cijelog jednog ciklusa

• Mann i Morrison opisali su prediktivno računanje pika vrijednosti i faznog ugla između napona i struje iz mnogo manjeg broja uzoraka i njihove vremenske derivacije

• Prediktivnu tehniku koriste i Gilcrest et al, koji koriste prve i druge vremenske derivacije uzoraka

• Carr i Jackson opisuju korištenje dva digitalna ortogonalna notch (udubljena) filtera sa sinusnim karakteristikama u cilju određivanja amplitude i faznog ugla osnovnih komponenti iz uzoraka uzetih kod 4 jednaka vremenska intervala za vrijeme osnovnog perioda, te korištenje analognog niskopropusnog RC filtera sa prekidnom frekvencijom od 85 Hz da ograniči opseg signala napona i struje prije uzorkovanja.

• Korištenje Fourier analize za ekstarkovanje osnovnih komponenti u fazorskoj formi tema je mnogih radova. Jedan od njih opisuje korištenje parnih i neparnih kvadratnih valova, pored sine i cosine funkcija, za ekstrakciju osnovnih komponenti

• Drugi su pak koristili FA sa širinom prozora uzorkovanja od jednog ciklusa, neki opet sa ½ širine

• Horton opisuje korištenje Walsh-ove fije u cilju ekstrakovanja osnovnih kompoenenti

• Nekoliko autora predlaže modeliranje voda serijom R-L kruga, te rješavanje rezultantnih diferencijalnih jedn., kako bi dobili vrijednosti za R i L između releja i mjesta kvara,

• McInnes i Morrison predlažu integraciju dif. jedn. Preko dva sukcesivna intervala uzorkovanja, kako bi generirali adekvatan broj jedn. za rješavanje R i L, te korištenje trapezoidnog pravila za procjenu integrala,

• Poncelet i Barnard tretirali su manjkavost prethodnog modeliranja u kontekstu greške određivanja R i L; zbog toga oni predlažu postupak minimiziranja sume kvadrata greški izračunavanja R i L preko izvjesnog broja sukcesivnih intervala uzorkovanja

• Smolinski modelirao je vod Pi šemom i rješavao je rezultantne dif. Jedn. Zamjenom njih konačnim razlikama, te korištenjem 4 skupa uzoraka za računanje R i L,

• Ranjbar i Cory prezentirali su digitalni harmonijksi filter u kojem se integracija provodi preko izvjesnog broja preklapajućih subintervala određenih granica, dok dobivene dif. jed. rješava numeričkim metodom integracije; na taj način, neželjeni harmonici i njihovi množitelji mogu se eliminirati,

• Sakaguchi i Uemura definirali su inverznu Laplasovu transformaciju 1/(sL+R) kao težinsku fiju i koristili tehniku numeričkog rješenja kao alat za njezino rješavanje; pokazali su da je težinska fija veća od nule jedino za kvar ispred releja

• Sachdeva i Baribeau pretpostavljaju da se oblik vala poslije kvara sastoji od dc komponente, osnovne komponente i izvjesnog broja harmonika; određuju nepoznate parametre osnovne f primjenom metoda najmanjeg kvadrata greške; poslije proširenja eksponencijalnog člana vezanog za dc komponentu u niz, oni u tom nizu tretiraju tri člana, a samo treći harmonik eliminiraju.

• Sljedeći sličan metod, Luckett, et al, dc komponentu i dva harmonika eliminiraju, a Brooks predstavio je kompleksni val kvara konstantom plus član osnovne frekvencije,

• Johns i Martin predstavili su metod konačne transformacije prema kojem impedanca osnovne frekvencije može biti određena putem procesa filtriranja u frekventnom domenu,

• Girgis i Brown razvili su dvo-stupanjski i tro-stupanjski Kalmanov filter za ekstrakciju osnovnih fazora napona i struje, te pri tome je načinjena greška manja od 1% poslije ½ ciklusa,

• Sanderson i Wright su modelirali vod serijom RLC i rješavali dif. jedn. njihovim integriranjem preko tri sukcesivna intervala uzorkovanja

• Vitin-ov korelacijski metod bazira se na teoriji putujućih valova. Takagi i Yamakosi opisali su mikrokompjutorsku aplikaciju diferencijalnog releja čiji se rad bazira na teoriji putujućih valova

• Dasgupta et al. koriste tehniku filtriranja za releje; Saschedev et al. opisali su Kalmanovu tehniku u implementaciji filtera kao estimatora za realne i imaginarne komponente fazora komponenti EES

• Dash prezentirao je digitalnu impedantnu zaštitu prijenosnog voda koristeći spektralnu analizu

• Desikachar opisao je digitalni algoritam za aplikaciju releja baziranih na putujućim valovima koristeći komparaciju amplituda u cilju nalaženja pravca kvara –oni predlažu algoritam lokacije kvara deriviranjem

Prednosti mikroprocesorski baziranih releja

• Sposobnost samoprovjere, (sa odgovarajućim software-om, najveći broj hardware-skih kvarova može se samodijagnosticirati i provjeravati),

• Fleksibilnost (različite zaštitne fije mogu se realizirati sa istim hardware-om),

• Pouzdanost (značajna poboljšanja u pouzdanosti releja ostvaruju se korištenjem manjeg broja komponenti),

• Mogučnost ostvarenja različitih tipova relejnih karakteristika (karakteristike se memorišu i koriste po potrebi),

• Sposobnost simuliranja aritmetičkih i logičkih fija,• Digitalna komunikacija, (mikroproc. bazirani releji omogučavaju lako

sučelje sa digitalnim komunikacijskim uređajima),• Modularna izvedba (lako održavanje),• Niska potrošnja energije,• Redukcija troškova

Sve je simetrično; zato, sistem možemo tretirati kao 1-fazni sistem, jer U, I, faktor snage i tok snage dobiveni za 1 fazu, isti su i za preostale

dvije faze – 1-fazni (1-polni) dijagram koji je jednofazna prezentacija 3-faznog sistema kod kojeg je neutralni vodič ukinut

međutim• Za vrijeme kvarova, tkz. nebalansiranih kvarova, napon po fazi

može se mijenjati u amplitudi ili fazi; također, struja i faktor snage može također biti različit za različite faze. To je slučaj 3-fazne nebalansirane uzbude sa trofaznom balansiranom mrežom.

• Ovakvi slučajevi ne mogu se predstaviti 1-faznim dijagramom. Sada se moraju rješavati tri spregnute jedn. 3-fazne mreže.

• Uz pomoć linearne, invarijantne transformacije kakva je transformacija pomoću simetričnih komponenti, veličine fazora mogu se transformirati u komponentne veličine,

• Time dolazimo do skupa nespregnutih jedn., tj. nova matrica koeficijenata na polju komponenti je dijagonalna matrica, dok je to puna matrica na polju fazora

• U cilju savremenih dizajniranja šema zaštita, ova saznanja moraju se aplicirati.

Zaštitne šeme

• Cjelokupna zaštira može se podijeliti u nekoliko grupa:

• Zaštita generatora,• Zaštita transformatora,• Zaštita sabirnica,• Zaštita distributivnih vodova,• Zaštita prijenosnih vodova

• Uloga releja: osjetiti (snimiti) kvar, te energizirati zavojnicu isključenja prekidača

• Tipovi releja:• - nadstrujni releji,• Podnaponski releji• Podfrekventni releji,• Usmjereni releji,• Termički releji,• Releji redosljeda faza: releji negativnog redosljeda i releji

nultog redosljeda• Diferencijalni releji i procentualni diferencijalni releji

u1

• Distantni releji: impedantni, rezistantni, reaktantni, admitantni (MHO), konduktantni i susceptantni, ograničeni releji (rad ovog releja se ograničava na određeno područje ili određeni objekt, pomoću stabilizirajućeg otpornika, koji se veže u seriju sa transformatorom releja),

• Pilot releji (mikrovalni pilot releji – veze između glavnih releja)

Slide 19

u1 user; 25.8.2007

Blok dijagram i povezivanje

u8

Slide 20

u8 rad releja samo za kvarove unutar štićenog objekta bazira se na činjenici da se impedanca TR smanjuje sa povečanjem zasićenosti TR. Reaktansa uzbudnog kruga potpuno zasićenog TR je nula, te je Z=R namotaja. Pod utjecajem stabilizirajućeg otpora u diferencijalnom strujnom krugu sekundarna struja nezasićenog TR forsira se kroz sekundarni krug zasićenog TR. Start struja postavljena je visoko, tako da relejne djeluje kod vanjskih kvarova. Kada je kvar unutar objekta, oba TR tjeraju struje u krug diferencijalne struje i relej prorađuje. Da se očuva otpor sekundarnog kruga što je moguće nižim sumirajuća tačka struja treba biti locirana što je moguće bliže strujnim transformatorima.user; 25.8.2007

• Sve postojeće relejne šeme koriste jedan ili više ovih releja,• Dva su načina energiziranja zavojnice prekidača: baterijom i

strujnim transformatorom.

Koriste se različiti tipovi relejnih šema s obzirom na konstrukciju: elektromehaničkog tipa, termički releji, transduktori, ispravljači,

elektronički, statički, digitalni

Elektromehanički relej - Zglobni armaturni relej

Elektromehanički relej – indukcioni s diskom

• Termički relej koristi bimetalne trake a svoj rad temelji na nejednakoj ekspanziji dvije trake. Koriste se za zaštitu aparata. Nisu osjetljivi kao indukcioni releji, jer imaju veliku termičku konstantu,

• Transduktori koriste nelinearnu B-H krivu magnetske jezgre. Transduktori impliciraju varijabilnu induktansu. Kada jezgro nije zasićeno, namotaj ima veoma visoku impedancu, a kada je jezgro zasićeno, namotaj je gotovo kratko spojen

• Ispravljači koriste elektromagnetsko djelovanje za proizvodnju momenta. Signali za ove releje dobivaju se nakon potpunog ispravljanja struje. Ovi releji koriste se kao amplitudni i kao fazni komparatori,

• Elektronički releji baziraju se na elektroničkim cijevima (1940),

• Statički releji počinju se koristiti otkrivanjem poluprovodnika 1950,

• Digitalni releji počinju sa razvojem mikroprocesora 1980

Primarni i backup releji

• Primarni releji su na prvoj liniji odbrane,• Backup releji su na drugoj liniji odbrane –

oni imaju duže vrijeme slanja signala ka prekidaču, iako osjećaju kvar u isto vrijeme kao i primarni relej (mogu biti na istom mjestu kao i primarni releji i djelovati na isti prekidač, ali mogu biti i na drugom mjestu i djelovati na neki drugi prekidač)

Zaštitni releji kao komparatori• U cilju prepoznavanja kvara relej posmatra jednu

veličinu, obično struju koja ulazi u štićenu komponentu, i komparira je sa referentnom vrijednošću referentne veličine,

• Ta referentna veličina može biti napon sabirnice ili struja koja izlazi iz komponente, ili neka protuteža u vidu gravitacijske sile ili elektromagnetne sile zavojnice,

• Prema tome, relej je u osnovi komparator koji mora provoditi radnje sabiranja, oduzimanja, množenja ili dijeljenja neke skalarne ili neke vektorske veličine,

• Na temelju toga, relej kao komparator se klasificira u nekoliko različitih tipova:

• 1-ulazni komparator• Dualni ulazni komparator,• Više-ulazni komparator• 1-ulazni komparatori poznati su još kao i

detektori nivoa. Ovi releji posmatraju jednu veličinu i kompariraju je sa nekom konstatnom veličinom. Primjer za ove releje jeste nadstrujni relej. Nedostaci ovih releja su: nisu usmjerivi, njihovo djelovanje ovisi o samo jednoj veličini.

• Dualni komparatori imaju dva ulazna signala. Relej mjeri jednu veličinu i komparira je sa drugom veličinom sa kojom ima neku amplitudnu ili ugaonu (fazni ugao) povezanost

• Tipičan primjer dualnog komparatora je distantni i diferencijalni relej; distantni relej mjeri struju koja ulazi u komponentu i komparira je sa amplitudom ili faznim uglom napona lokalne sabirnice ili kod diferencijalnog releja sa strujom iz štićene komponente,

• Kod ovog komparatora uz pomoć pravih linija i krugova moguće je dobiti različite proradne karakteristike,

• Dualni komparatori dijele se na: amplitudne i fazne; oni su dualne prirode, tj. signali amplitudnog komparatora mogu se transformirati u fazne, i obratno.

• Više-ulazni komparator, ako koristi kriterij faznog ugla za djelovanje na prekidač, djeluje u okviru kvadtrilateralne karakteristike, a u slučaju korištenja amplitudnog kriterija, dobiva se kupasta karakteristika (elipsa, hiperbola),

• Kod ovih komparatora ne postoji dualnost između faznog i amplitudnog komparatora

Indukcioni releji

• Najvažniji tip elektromehaničkih releja• Posjeduju jedan ili više uzbudnih zavojnica

namotanih na magnetsku jezgru; zbog protjecanja struje u uzbudnom namotu, proizvodi se elektromagnetska sila koja pokušava zarotirati rotor (armaturu)

• Rotacijom rotora zatvaraju se kontakti releja, te se tako energizira zavojnica za ispad prekidača.

• Tri tipa indukcionih releja: disk, učinski, i zglobni.

Indukcioni tip učinskog releja

•Za reduciranje U i I koji ulaze kao signali u releje, koriste se naponski i strujni

transformatori,

•Za reduciranje struje koriste se tri ST sa svojim primarima u seriji sa vodom i

sekundarima vezanim u zvijezdu,

•Za reduciranje napona koristi se grupa od 3 jednopolna NT spojenih u zvijezdu; ako želimo mjeriti samo međufazne napone, potrebna su nam dva NT vezana u V, tj.

otvoreni trougao

Nedostatak el.mehaničkih releja je u tome što ima pokretne dijelove i kontakte – slabe tačke,

visoku energetsku potrošnju,visoko vrijeme prorade zbog velike inercijepokretnih

dijelova,zavarene kontakte

utjecaj vanjskih izvora,često održavanje

Prvi tip nije pogodan npr. za zaštitu generatora, jer relej kod generatora ima najviše podešeno vrijeme djelovanja releja, a radi se o najvećoj struji kvara; ovakav tip releja može se koristiti kod

kratkih distributivnih jednostrano napajanih vodova

Drugi tip releja radi na principu veća struja – kraće vrijeme

djelovanja

Tipovi nadstrujnih releja.-Sa strujno nezavisnom karakteristikom (vrijeme

djelovanja ne ovisi o iznosu struje koja teće kroz relej – vrijeme djelovanja određeno mjestom ugradnje releja)

- sa strujno zavisnom karakteristikom (vremenski ovisni od iznosa struje koja prolazi relejom – vrijeme prorade

inverzno proporcionalno struji releja)

Sa strujno nezavisnom karakteristikom

sa strujno zavisnom karakteristikom

Vremenska karakteristika releja sa strujno zavisnom karakteristikom:

Nadstrujni releji koriste se za distributivne mreže do uključivo 35 kV;nisu pogodni za prijenosne vodove višeg napona jer kod njih vrijeme djelovanja

i radna tačka ovise od tipa kvara i postojanja generatora iza releja,za zaštitu 3-faznih vodova postoje dvije alternative:

U ovom slučaju relej ne može ispravno raditi za slučaj zemljospoja, jer struja zemljospoja može biti niža od struje u normalnom pogonu

Zbog toga se koristi sljedeći spoj, gdje se koriste

dva releja spojena na sekundare ST, koji tretiraju

međufazne kvarove, i relej u neutralnom vodiču,

koji tretira 1-polni KS. Kvarovi pri kojima se struja zatvara kroz zemlju, a zvjezdiste nije uzemljeno, nazivaju se zemljospoj.

Glavni problem kod nadstrujnih releja jeste pomjeranje radne tačke, tj. prorade releja sa promjenom vrste kvara na istoj lokaciji, promjenom

angažiranja generatora i uklopnog stanja.Pitanje – da li podešenje releja raditi prema međufaznom ks ili prema

zemljospoju (ili 1-polnom ks ako se radi o uzemljenoj neutralnoj tački)?Nije usmjeren relej, znači daje komandu za isklop prekidača bez obzira da li je

kvar ispred ili iza releja,zbog toga se koriste usmjereni nadstrujni releji.

Usmjereni releji

• Današnji EES tarže usmjerene releje,• Usmjereni relej spaja se u seriju sa nadstrujnim

relejem, tako da se komanda za isklop prekidača daje samo u slučaju da struja kvara teče od sabirnica, tj. od releja,

• Usmjereni relej napaja se strujom i naponom. Moment proizveden usmjerenim relejem je:

)cos( θφ −= KVITgdje su K konstanta releja, V je napon, I struja, Φ fazni ugao, a θ je podešenje releja, tj. vrijednost od Φ kod koje relej razvija maksimalni moment kod zatvaranja kontakta i to kod kvara ispred releja.

• Postoje tri načina spajanja strujnih i naponskih namota releja: spoj 900, spoj 600 i spoj 300.

• Kod spoja 900, naponski svitak releja snabdjeva se sa međufaznim naponom, a strujni svitak sa linijskom strujom. Kod faktora snage = 1, struja releja prednjači naponu za 900, kao na slici:

Kod spoja 600, naponski svitak dobiva međufazni napon, a strujni svitak delat struju, tj. razliku linijskih struja. Kod spoja 300, strujni svitak se napaja sa linijskom strujom, a naponski svitak se priključuje na međufazni napon. Ove veze su prikazane na sljedećoj slici:

Postoje dva tipa usmjerenih releja, jednofazni usmjereni relej i višefazni usmjereni relej.

U slučaju jednofaznog usmjerenog releja, mi trebamo tri jednofazna usmjerena releja i naravno tri nadstrujna releja.

I usmjereni relej i nadstrujni relej vežu se u seriju sa svakim vodom tako da krug isklopa je kompletiran samo onda ako postoji kvar i ako je tok snage kvara od sabirnica.

U slučaju višefaznog usmjerenog releja, koristimo tri nadstrujna releja, svaki za po jedan vod, i samo jedan višefazni usmjereni relej. Slika:

Usmjereni relej može da ne djeluje ako je kvar na sabirnici, jer tada napon sabirnice = 0, te na naponskom svitku usmjerenog releja nema napona. Međutim, u praksi, najčešće, kvar sabirnice odvija se preko luka (sa otporom), te nekoliko procenata napona je raspoloživo zbog pada napona duž otpora luka, koji se pojavljuje na naponskom svitku UR, te on može raditi.

Zaštita kod uzamčenih mreža

Kod svih sabirnica imamo usmjerene releje, sem kod generatorske sabirnice. To je zato, sem kod generatorske sabirnice, jer snaga kvara može doći s obje starne sabirnice – a treba sačuvati kriterij djelovanja releja samo za smjer snage kvara od sabirnice

Relej nulte komponente

• Relej nulte komponente koristi se samo za kvar – zemljospoj, za nadstrujne releje,

• Koriste se dva tipa releja, jedan je poznat kao fazni relej, drugi je poznat kao dozemni relej. Fazni relej služi za identifikaciju međufaznih kvarova, a drugi za identifikaciju zemljospoja i 1-polnog KS.

• Struje zemljospoja i 1-polnog KS mogu biti niže od radnih struja (zbog otpora luka i otpora neutralne tačke generatora); zbog toga je potreban poseban dozemni relej.

Struja nultog redosljeda za nadstrujne releje dobiva se povezivanjem

releja u neutralni krug Y-povezanog transformatora (tj. ST), kao na slici:napon nultog redosljeda može se dobiti također povezivanjem primarnih namota naponskih transformatora u Y, a sekundarnih namota u seriju, tj. otvoreni trokut (open delta).

Kako struja nultog redosljeda (ili snaga) teku od kvara prema sabirnici, relej osjeća tu veličinu, te može biti podešen upravo na takvo strujanje (od kvara prema sabirnici), koje je ispod radne struje strujnog kruga.

Relej nultog redosljeda je mogućjedino kao nadstrujni relej, a ne kao distantni relej, jer ako bi se koristio kao dinstantni relej, onda bi mjerio impedancu između releja i tačke uzemljenja, tj. tačke uzemljenja sinhronog generatora, a ne između sabirnice i mjesta kvara.

Distantni releji• To je komparator dvostrukog ulaza (dualni komparator),• Relej se snabdjeva sa strujom iz strujnog transf. I

naponom iz naponskog trans.. Strujni namotaj dobiva linijsku struju, a naponski namotaj napon sabirnice.

• Izmjerena impedansa ne zavisi od tipa kvara ili promjene u proizvodnji elektrana i promjeni uklopnog stanja.

• Da bi ispunio ove uvjete fazni relej snabdjeva se sa međufaznim naponom i delta strujom (razlika između linijskih struja), a dozemni relej snabdjeva se sa faznim naponom i faznom strujom.

Relej impedantne ravni (impedantni relej)

• Relej računa Z prema mjestu kvara omjerom napona sabirnice sa strujom kvara.

• Indukcioni relej je pod utjecajem strujnog i naponskog svitka. Uvjet prorade releja: radni moment releja utjecan strujom (K1I2) treba biti veći od protumomenta utjecanog naponom (K2V2), tj.:

•

2

1

2

2

2

1

22

21

,

,

KK

IV

odnosnoIV

KK

iliVKIK

=

⟩

⟩RZ

KK

=2

1

Podešenje releja, a

V/I = Z je impedansa do mjesta kvara

Uvjet djelovanja releja: Z manje od ZR

Relej impedantnog ugla• Ovaj relej mjeri ugaonu komponentu impedance do mjesta kvara,• Stvarne karakteristike DR razlikuju se manje ili više od neke idealne

karakteristike. • Zbog mogučnosti različitog faznog položaja između I i V, postoje

različite mogućnosti mjerenja otpora. Prema vrsti mjerenog otpora DR nose svoja imena.

• Uvjet za proradu releja za reaktantni relej, θ=900 : radni moment (KI2) treba biti veći od protumomenta (VIcos(Φ-θ), tj. :

relejapodešenjaodmanjaakmjestadosareakjekadaisklopnadjelujerelejtj

KXXKZKIVIK

VIKI

sin

sin

VIKI

vartan.

sin

)90cos(

2

2

⟩

⟩

φ

φ

02

⟨⟩⟩

−⟩

φ

φ KI2 – radni moment,

VIcos(Φ-θ) - protumoment

• Uvjet prorade releja za admitantni relej:

Radni moment proporcionalan K1VIcos(Φ-θ)Protumometn proporcionalan K2V2

Za ispad: K VIcos(Φ-θ)> K V21 2

K1/K2 cos(Φ-θ) >V2/VIZRcos(Φ-θ) >ZK /K =Z = podešenje releja, tj.:1 2 RZ<ZRcos(Φ-θ)

Ovaj relej poznat je pod nazivom MHO relej

Statički releji• Zaštitini releji inkoporiraju statičke komponente poslije

1950 godine,

• Statički releji su brzi, čiste brzo kvar, te tako maksimiziraju sposobnost sistema da prenosi potrebnu snagu,

• Poluprovodne komponente koje imaju široku lepezu aplikacija su tranzistori (NPN i PNP), unipolarni tranzistori i tiristori. Ovi poluprovodnici zajedno sa otpornicima, kondenzatorima, reaktorima, transformatorima i diodama, tj. ispravljačima povezanim na određeni način, se koriste za formiranje različitih šema distantnih releja.

Statički releji

• Statički releji koriste se za zaštitu EHV/UHV vodova zbog njihove brzine rada, tačnosti i pouzdanosti.

• Praktički nema održavanja, osim provjere osigurača naponskog transformatora, pretvarača, te simulatora kvara,

• Ovi releji mogu osigurati različite radne karakteristike: omska, usmjerena, mho, eliptična, koristeći različite ugaone kriterije

Statički releji• Nedostaci: osjetljivi na šumove, tranzijente, osnovni komparator

dosta kompliciran sa dosta komponenti (pitanje pouzdanosti), isti relej ne može se koristiti za dobivanje različitih karakteristika, isti komparator ne može funkcionirati kao cosine i sine operator, itd.

• Korištenje CMOS tehnologije(korištenjem komplementarnih tranzistora omogućava se projektovanje digitalnih kola sa minimalnom potrošnjom energije. Invertor sa komplementarnim tranzistorima može biti realiziran od N-kanalnog i P-kanalnog MOSFET-a sa indukovanim kanalom. Ovo pokazuje da složena digitalna kola mogu biti realizirana korištenjem komplementarnih parova N-kanalnih i P-kanalnih MOSFET-ova, koji se nazivaju NMOS i PMOS tranzistori. Ova tehnologija je poznata kao complementary MOS (CMOS) tehnologija)popravlja stvari

Statički relej – radni princip• dvo-ulazni fazni komparator inicira djelovanje releja kada fazni ugao

α između ulaznih signala S1 i S2 zadovoljava sljedeći uvjet:-β≤α≤β

Fazni ugao α je pozitivan kada S1 prednjači S2; u drugom slučaju je negativan,

Ugaoni limit faznog komparatora normalno je 900.Ovakvi komparatori nazivaju se 900 fazni komparatori ili cosine

komparatori,

Ako je fazna razlika između S1 i S2 veća od 900, relej djeluje na isklop

Ista karakteristika može se dobiti uzimanjem signala –S1 i S2, te mjerenjem anti-koincidentnog α’ ugla između S1 i S2. Ispad se dešava za

β’≥α≥β

Dakle, ako je β=900, onda β’ postaje 2700, te slijedi:

2700≥α≥900

Relej prorađuje kada –S1 prednjači S2 za više od 900.

Statički nadstrujni relej

• Koristi se do uključivo 35 kV prenosnih vodova,

• Tamo gdje su dvostruko napajani vodovi idu i usmjereni članovi

• Kod statičkih releja usmjereni članovi napajaju se sa strujom preko ST i naponom preko NT.

Statički distantni relej

• Dinstantni relej je dvo-ulazni komparator, tj. prima dva ulazna signala od štićenog objekta,

• Relej prorađuje kada ove dvije veličine se mijenjaju u amplitudi ili u fazi; ulazne veličine koje idu u relej su struja na ulazu u štićeni objekt i napon štićenog objekta

Proradna karakteristika distantnog releja

• Praradna karakt. dualnog ulaznog komparatora, tj. releja koji komparira bilo koje dvije veličine (A i B), jeste krug na koordinatnim osama čiji odsječci na Re i Im osi jesu odnosi ove dvije veličine, A i B, koje se kompariraju,

• A i B su struja i napon,

• Amplitudne i fazne veze mogu se predstaviti preko β i α površina. Na β površini, dvije koordinatne ose markiraju se sa Re|B/A|, i Im |B/A|,

• A je struja, B je napon, slijedi omjer |B/A| jednak |V/I|, tj. impedansa,• Dakle, na realnoj osi je Re|V/I|, tj. Re(Z)=ZcosΦ=R, a na imag. osi

Im|V/I|=ZsinΦ=X,• Dakle, β površina u ovom slučaju je kompleksna Z-površina (ravan)

čije ose su R i X,

• Slično je i za α ravan, tj. ona je kompleksna admitantna ravan čije ose su |I/V|cosΦ=Ycos Φ=G, i |I/V|sinΦ=YsinΦ=B.

• Na ovaj način, posjedujemo dva skupa koordinata za crtanje proradnih karakteristika releja (β, tj. Z-ravan i α, tj. Y-ravan)

Relej impedantne ravni

• Ovo je najranija izvedba distantnog releja bazirana na komparaciji amplituda; relej mjeri impedancu Z do mjesta kvara i daje signal za isklop prekidača kada je Z manje od impedance podešenja ZR,

• Dakle, radi se o ravnotežnim impedantnim relejima čiji se mjerni članovi izvode u obliku magnetske ravnoteže (tkz. transduktorski članovi); Struja voda, preko ST vodi se preko transformatora sa zračnom jezgrom (transaktor) koji ima ekvivalentnu impedancu ZR. Tako, struja prolazeći kroz ovaj transformator, stvara signal S1=IZR. To je radni signal,

• Protumoment ostvaruje se sa mjerenjem napona sabirnice, preko NT, dakle S2=V,

• Za kvar na bilo kojem mjestu na vodu, postoji: V=IZ, gdje je Z impedanca voda do mjesta kvara; možemo pisati S2=V=IZ

Statički distantni relej

• Dijeleći poslednje izraze sa I, slijedi:S1’=ZR i S2’=Z

Dakle, relej računa impedancu Z do mjesta kvara i komparira sa podešenom vrijednošću impedance ZR. Za ispad potrebno je: Z < ZR

Ono što je karakteristično jeste da postoji dualnost između amplitudnog i faznog komparatora, tj. ako su signali korišteni za amplitudni komparator, oni se mogu koristiti i za fazni komparator, tako što se sabiraju i oduzimaju,

U ovom slučaju, signali faznog komparatora dobivaju se nalaženjem sume i razlike S1 i S2, tj. pišemo:

Dijeljenjem ovih signala sa I, slijedi:

α je fazni ugao između signala S3’ i S4’. Za ispad, potrebno je:

Proradna karakteristika releja nacrtana je na β ravni, tj. kompleksnoj Z-ravni, i predstavlja krug radijusa ZR.

Ispad se dešava unutar granica kruga. Ovo je cosine komparator, sa pragom prorade od α=±900.

U kompleksnoj Z-ravni signali su naponi ili impedance

Signali na kompleksnoj α-ravni, tj. na kompleksnoj Y-ravni, dobivaju se dijeljenjem signala na kompleksnoj β-ravni sa ZR, tj. množenjem gornjih signala sa YR, gdje je YR=1/ZR.

Signali na kompleksnoj Y-ravni su:

Za amplitudni komparator:

Radni signal:

Protumoment:

Za kvar u tački F, slijedi: I=YV

Y je admitansa od releja do mjesta kvara; slijedi:

Dijeleći gornju jedn. sa V, slijedi: S5’=Y i S6’=YR

Dakle, relej računa admitancu Y do mjesta kvara i komparira to sa podešenom vrijednošću YR

Za ispad potrebno je: Y > YR, kod praga prorade Y=YR

Također, možemo koristiti signale amplitudnog komparatora, kao signale faznog komparatora, sabiranjem i oduzimanjem signala amplitudnog komparatora. Dakle, signali faznog komparatora, sabiranjem i oduzimanjem signala S5 i S6, su:

Fazni komparator

Dijeleći sa V, slijedi:

Za ispad kao cosine komparator:

Prag: α=±90 Ovo je cosine komparator čija proradna karakteristika je krug radijusa YR; ispad je za Y vrijednosti koje prelaze granice kruga

Nedostaci impedantnog releja:

nije usmjeren,

proradna vrijednost bazira se na ZR koja postaje veoma velika za duge vodove, tako da je podložan proradi za vrijeme njihanja snage (tada ne treba da radi),

za kvarove sa visokom vrijendosti otpora luka kod zemljospoja, relej može da ne proradi, jer je ukupna impedansa koju on vidi veća od podešene proradne vrijednosti impedanse ZR

Relej impedantne ravni je bazično amplitudni komparator

Usmjereni relej

• Ovaj relej je dualni relej impedantne ravni• Njegovi signali su dualni u smislu da signali

amplitudnog komparatora u slučaju releja impedantne ravni postaju signali faznog komparatora u slučaju usmjerenog releja i obratno,

• Dakle, relej impedantne ravni je amplitudni komparator,a usmjereni relej je fazni komparator,

• Njegovi signali dobivaju se iz releja impedantne ravni, kao što slijedi:

Amplitudni komparator

Fazni komaprator

Za ispad potrebno je:

Prag prorade: α = ±900

Proradna karakteristika releja je prava linija koja prolazi kroz centar koordinatnog sistema, sa naznačenim pravcem djelovanja releja, tj. signalom ispada:

Signali na Y-ravni dobivaju se na sličan način dijeljenjem signala na Z-ravni sa ZR ili njihovim množenjem sa YR


Fazni komparator

Za ispad potrebno je:


Proradna karakteristika je pravac koji prolazi kroz koordinatni početak sa pravcem ispada kao na slici:

Relej impedantnog ugla

• Ovaj relej mjeri ugaonu komponentu impedanse voda do mjesta kvara,

• Relej ugla impedanse naziva se OHM relej ili OHM jedinica,

• Dakle, prolaskom struje kroz transduktor, koji ima impedansu ZR (proradna impedansa), dobiva se IZR; drugi signal je V,

• Sa ova dva signala, IZR i V, realizira se relej ugla impedanse uz pomoć logičkih krugova



Radni signal

Protumoment = S2 = V, tj. Z

fazni komparator

Uvjet ispada

Prag prorade releja α = ±900

Za neki kvar u tački F, V=IZ, gdje je Z impedansa do mjesta kvara, a kvar je kratak spoj bez otpora luka.

Signali ampitudnog i faznog komparatora su dualni.


Proradna karakteristika je pravac normalan na ZR. Pravac ispada dat je na slici:

Na sličan način dobivamo signale na Y-ravni, dijeljenjem signala na Z-ravni sa ZR (ili množenjem sa YR)

Y-ravan



Radni signal

Protumoment

Fazni komparator

I=VY, gdje je Y admitansa do mjesta kvara

Za ispad:


Proradna karakteristika je krug sa dijametrom YRkoji prolazi kroz centar koordinatnog sistema; ispad se dešava za vrijednosti Y van kruga


Postavljanjem ugla θ impedanse ZR jednakim 900, dobiva se posebni tip releja pod imenom reaktantni relej,

Njegovi signali su isti kao i kod releja impedantnog ugla, izuzev da je ugao od ZR jednak 900.

Njegova proradna karakteristika data je na slikama:

Ovaj relej računa samo do mjesta kvara, te je podesan kao dozemni relej, tj. relej za identifikaciju zemljospoja, jer njegova proradna vrijednost ne zavisi od otpora luka.


• Međutim, ovaj relej nije usmjeren, te može proraditi kada ne treba, a to je slučaj, na primjer, kada kod visokog faktora snage, X viđen od strane releja može biti manji od od podešenja releja, te tako relej daje signal za isklop prekidača,

• Zbog toga, ovaj relej funkcionira u kombinaciji sa usmjerenim startanjem, tj. MHO relejem.

Relej admitantnog ugla (MHO relej)

• Relej ugla admitanse naziva se još i MHO relej,

• Ovaj relej je dual releja ugla impedanse, tj. OHM releja,

• Njihove karakteristike također su dualne,• Proradna karakteristika MHO releja je krug

koji prolazi kroz centar Z-ravni, te to je pravac iz centra Y-ravni koji je normalan na YR.


• Z-ravanAmplitudni komparator:Radni signal S1=IZR, tj. ZR,Protu-signal S2=2V-IZR=2IZ-IZR, tj. 2Z-ZR

Signali faznog komapratora su suma i razlika signala amplitudnogkomparatora, kao što slijedi:

Fazni komparator:α je ugao između S3 i S4

Za ispad i proradni prag cosine komparatora


• Proradna karakteristika je krug, na slici –ispad se dešava za vrijednosti Z unutar kruga, gdje je α manje od 900

Signali na Y-ravni dobivaju se na sligornjih signala sa ZR, odnosno množenjem sa Y

čan način, dijeljenjem R

Relej admitantnog ugla na Z-ravni


• Y-ravan• Amplitudni komparator:• Radni signal S5=I=YV, tj. Y• Protu-signal S6=2VYR-I=2VYR-YV, tj.

2YR-Y• Signal na Y-ravni kao fazni komparator

dobiva se nalaženjem sume i razlike gornjih signala, pa slijedi:


Fazni komparator:

α je ugao između signala

Za ispad: - 900 < α < 900 Prag prorade, α=±900

Proradna karakteristika je data na slici:

Relej admitantnog ugla Y-ravni


• Ovi releji pogodni su za zašitu dugih i teško opterećenih vodova, jer relej je svojom karakteristikom već usmjeren –nema potrebe za dodatnim usmjerenim članom

Ograničeni releji• Karakteristika ograničenih releja dobiva se

ograničenjem granice promjene faznog ugla α, signala faznog komparatora, tj.:

- β<α<Bgdje β nije jednako 900. Kada je β=900, onda se

relej naziva cosine komparator.Ovdje ugao β može biti veći ili manji od 900.Karakteristika ograničenih releja može se dobiti

kod usmjerenih releja, reaktantnih releja i MHO releja

Ograničeni releji

• Ograničeni usmjereni relej:Tretiramo signale faznog komparatora na Z-

ravni, tj.:

α je fazni ugao između signala S1 i S2. Kao što je poznato od ranije, ispad se dešava za:

-900 < α < 900,

Ali kako sada govorimo o ograničenom djelovanju releja, za ispad pišemo uvjet: - β1<α<β2

Gdje je β1 < β2 < 900

Za β1=β2=β, ispad je za:

-β < α < β i β<900.

Ograničeni usmjereni relej

Ovakva karakteristika ograničava zonu ispada

Ograničeni usmjereni relej

• Ovdje također uzimamo signale na Z-ravni kao ulazne veličine faznog komparatora, tj.:

Ograničeni reaktantni relej (OHM relej)

I ograničavanjem faznog ugla α, dobivamo karakteristiku ograničenog reaktantnog releja, tj. -β<α<β i β<900

slici, koja također ograničava zonu djelovanja

Ista stvar može se napraviti na Y-ravni.

Karakteristika ograničenog releja data je na

Ograničeni MHO relejSignali MHO releja kao faznog komparatora na Z-ravni:

Kriterij za ispad: -β < α < β

Za β < 900 proradna karakteristika iam oblikEliptička karakteristika koja znatno ograničava zonu djelovanja releja – ne djeluju za vrijeme njihanja snage; to je razlog zašto se ovi releji biraju kao element MHO releja zaštite treće zone voda.

Ograničeni MHO relej• Za β>900, dobiva se sljedeća karakteristika

proradna karakteristika je suma dva polukruga, koja se preferira za zemljospojeve sa visokim otporom luka; također, dobar kao blokirajući relej;

Proradna karakteristika na Y-ravni prikazana na slici:

Sve ove karakteristike su dualne karakteristike reaktantnog releja !

Kako dobiti karakteristike ograničenog releja

• Te karakteristike dobivaju se promjenom frekvencije sata: recimo, ffrekvencija sata koja odgovara 90odgovarajućem uglu β

o je normalna 0, te

0.β2, frekvencija se 0 do f2. tako, slijedi:

• Da se dobije ugao β1 ili mijenja od f0 do f1 ili od f

Dakle, bilo koji tip ograničenog releja može se dobiti

Dakle, varirajući frekvenciju sata, dobiva se:

mijenjanjem frekvencije sata.

Komponentne – dodatne karakteristike releja – strujna ili naponska kompaundacija

• Dodatne karakteristike releja dobivaju se dodavanjem napona (ili struje) proporcionalnog struji voda (ili naponu voda), naponskom (ili strujnom) svitku,

• Pomoću umjetnih spojeva, strujnom ili naponskom kompaundacijom, impedantna, odnosno admitantna, kružna karakteristika po želji se pomiče u Z, odnosno Y-ravni, te se mijenja njen promjer.

• Signali :

Z0 – dodatna impedansa

Y0 – dodatna admitansa

Komponentne – dodatne karakteristike releja

Proradne karakteristike MHO releja s dodatnim karakteristikama, prikazani na Z i Y ravni

Ovi releji preferiraju se kao elementi 3. zone djelovanja

ŠEME ZAŠTITE PRIJENOSNIH VODOVA

• Tipovi kvarova na prijenosnim vodovima:- 3-polni kratki spoj (LLL) ili (LLLG),- LLG,- LL,- LG.Koriste se fazni releji za međufazne kvarove, a dozemni

releji za dozemne kvarove,Koriste se 3 fazna releja za fazne kvarove i 3 dozemna

releja za dozemne kvarove. Fazni releji se snabdjevaju sa linijskim naponima i razlikom linijskih struja (delta struje),

Dozemni releji snabdjevaju se faznim naponom, faznom strujom i nekim dodatnim strujama.

ŠEME ZAŠTITE PRIJENOSNIH VODOVA – mjerni elementi

• Distantni relej ima tri mjerna elementa, tj. tri zone štićenja voda,

• Prvi element, koji je najbrži, štiti 80-90% osnovnog štićenog voda,

• Drugi mjerni element štiti preostali dio osnovnog štićenog voda, te polovinu narednog voda; time sa određenim kašnjenjem štiti 10-20% kraja osnovnog voda, te osigurava back-up zaštitu polovine susjednog voda,

• Treći mjerni element štiti preostali dio susjednog voda, tako osiguravajućvoda; ovaj mjerni element koristi se kao startni element za komunikacijski link

i backup zaštitu kompletnog narednog

Mjerni elementi distantnog releja

Šema zaštite voda

Površina kvara za kvar F sa impedancom kvara RF;

Kvarovi u centralnoj zoni voda “čiste” se odmah, sa istovremenim djelovanjem releja na oba kraja voda; kvarovi na krajevima voda čiste se djelovanjem releja jedan za drugim, tj. relej bliže kvaru djeluje brže od onog drugog koji je udaljeniji od mjesta kvara; da bi istovremeno djelovali koristi se komunikacijski link

Šema zaštite voda

• Glavni razlog štićenja 80-90% osnovnog voda jeste potreba da se ne djeluje na ispad naredne sabirnice, te zbog toga što relej može biti osjetljiv i na unutarnje i vanjske kvarove,

• Ako iz naredne sabirnice polazi više vodova, onda drugi mjerni element djeluje na ½najkraćeg voda; ako je neki od vodova vrlo kratak, npr. manje od 15% dužine najdužeg voda, onda taj najkraći vod najboje je štititi sopstvenim nadstrujnim relejem

Šema zaštite voda

U slučaju dugih, opterečenih vodova, zaštita od međufaznih kvarova izvodi se sa MHO relejima M1, M2 i M3;

treći mjerni element je startni element za komunikacijski link, koji često koristi nadopunsku karakteristiku: elipsu, kako bi se izbjeglo djelovanje kod njihanja snage, npr. elektromehaničkih tranzienata, koji su spori, te mogu djelovati upravo na treći mjerni element

Šema zaštite voda

Za dozemne kvarove koriste se reaktantni releji X1, X2 i X3,

Kako reaktantni releji nisu usmjereni, te kako mogu proraditi i u normalnim uvjetima kod visokog faktora snage, njihovo djelovanje je uvijek nadgledano usmjerenim startanjem, tj. MHO relejem,

Zbog toga, prostor ispada je između prvog reaktantnog elementa X1 i drugog MHO elementa M2.

Preklopni distantni releji• da se izbjegne veliki broj mjerni

međufazna releja sa tri mjerna čsa tri mjerna člana), koriste se jednostavnije šeme,

• 3 međufazna releja i tri dozemna releja (ukupno 6 releja), sa logičpromjenom mjesta kvara, od prve zone štidruge ili treće zone; za vodove iznad 35 kV

• Za vodove do 35 kV, koriste se samo tri releja koji se zavisno od vrste kvara, različmeđufazne kvarove, delta naponima i delta strujama, te sa trenutnim djelovanjem, a za dozemen kvarove sa

h jedinica (releja) – 18 (3 lana + tri dozemna releja

kim krugom koji mijenja proradu releja sa ćenja, do

ito i napajaju; za

faznim naponima i faznim strujama; logički krug mijenja proradu releja iz zone 1,2 ili 3, zavisno od lokacije kvara

Višefazni relejiBlok dijagram višefaznog releja

Šema višefaznih releja optimizira broj releja na nekoj od sabirnica, umjesto korištenja najmanje tri releja, ovdje se koristi samo jedan relej,

Izlazi modula faza, A,B, i C, su OR vrata, iz kojih ide signal ispada,

Muduli faza A,B, i C su jednofazni komparatori,

Pogodni ulazni signali šalju se komparatorima preko mjernih krugova na takav način da relej odgovara na sve tipove kvarova.

Na slici se nalazi mjerni krug koji osigurava neophodne signale svakom od faznih modula: fazne napone Vra, Vrb, i Vrc, te kompenzirane napone mjesta kvara Vx, Vy, i Vz.

Ovakva mjerna šema ne daje iste vrijednosti prorade releja za međufazne i dozemne kvarove, i zavisi od struja kvara Ia, Ib, i Ic.

Uzimanjem u obzir nulte komponente struje, mjerni krug daje korektna mjerenja za sve vrste kvarova.

Kompenzirani naponi mjesta kvara određuju se na sljedeći način:

Napon zemljospoja faze “a” sa nultom impedansom kvara je:

Vfa = Vra – IaZL

Konvertujući Ia u komponente svih redosljeda, te sukladno tome mijenjajući ZL, dobiva se:

gdje je k=n-1, n=LL0 / ZL1, te pretpostavljajući ZL1=ZL2 za prijenosne vodove, slijede tri kompenzirana napona:

gdje su ZL1=ZR proradna impedansa, a α je operator, te gdje su Vx1, Vx2, i Vx3:

Signali poslani ka modulu faze A su Vra i –Vx, modulu faze B su Vrb i –Vy, te modulu faze C su Vrc i –Vz.

Svaki fazni modul je MHO tipa, a krajnja karakteristika cjelokupnog releja je kombinacija ovih karakteristika, zavisno od tipa kvara.

Sljedeća je matematska analiza rada:

Signali ka modulu faze A za drugu zonu rada su:

S1 = Vra, i

Ako je:

Onda kriterij za ispad je -900 < α < 900.

Dakle, karakteristika je MHO relej, koja prolazi kroz koordinatni početak.

Kriterij za dozemni kvar za različite faze je isti kao ovaj gore.

Opća matematska teorija releja kao komparatora

• Zaštitni relej je komparator jer radi na principu komparacije (poređenja) električne veličine štićenog objekta sa nekom referentnom vrijednošću,

• Atribut te veličine može biti amplituda ili fazni pomak; kada stvarna vrijednost amplitude ili faznog pomaka premaši (ili padne ispod) prije podešene vrijednosti, relej prorađuje,

• Kako postoji samo jedan ulazni signal, ovi releji nazivaju se jedno-ulaznim komparatorima; nazivaju se još i detektorima nivoa

Vrste komparatora• Međutim, detektori nivoa nisu usmjereni, teško je dobiti

selektivnost,• Zato se koriste, kod EHV/UHV vodova dualni

komparatori,• To su releji koji prate npr. ulaznu struju u štićeni objekt, i

komapriraju je sa izlaznom strujom istog štićenog objekta (atributi: amplituda ili faza) – diferencijalni relej,

• Kod distantnih releja komparacija se vrši sa naponom sabirnice,

• Dakle, relej mora biti sposoban da provodi radnje sabiranja, oduzimanja, množenja ili dijeljenja skalara ili vektorskih veličina

potrošnja proizvodnja

Model sigurnosti rada EES

Dualni ulazni komparator• Relej prima dva ulazna signala; relej

prorađuje kada jedan od dva ulazna signala mijenja se u amplitudi ili u fazi u odnosu na drugi,

• Distantni relej prima signal struje i komparira ga sa (amplitudno ili fazno) sa naponom sabirnice,

• Dualni komparatori dijele se na amplitudne i fazne (prvi prate promjene amplitude, drugi promjene faze),

• Između njih postoji dualnost – evidentno sa sljedeće slike

Kod amplitudnog komparatora relej komparira modove dva ulazna signala, te daje signal za isklop ako je

Za vanjske kvarove, tj. kvarove izvan štićene zone je:

Sumiranjem i oduzimanjem ovih signala dolazimo do kriterija faznog ugla. Dakle, nalaženjem faznog ugla između razlike i zbira dva signala, dolazimo do sljedećeg zaključka:

Ispad kod amplitudnog komparatora:

Ispad kod faznog komparatora:

Amplitudni dvo-ulazni komparator:

Proradna karakteristika ovog komparatora može se dobiti i u beta i u alfa ravnini. Neka su A i B signali struje i napona štićenog objekta. (u ovom slučaju radi se o distantnom releju).

Relej pomoću logičkog kruga pretvara A i B u sljedeću formu:

L1, L2, L3 i L4 su konstante logičkog kruga. U najvećem broju slučajeva jedna od njih je nula, a dvije od njih međusobno su jednake; Θ je ugao između signala A i referentne ose, a Φ je ugao između B i referentne ose.

Dakle, fazni ugao između A i B je Φ-Θ.

Gornja jedn. Može se predstaviti u sljedećem obliku:

Na pragu, moduli signala S1 i S2 su jednaki za bilo koji fazni ugao između njih, te njihov lokus daje karakteristiku praga releja. Dakle:

Substituirajući S1 i S2 u poslednju jedn., slijedi:

Proširenjem ove jedn., slijedi:

Da bi dobili proradnu karakteristiku u kompleksnoj beta ravni, gornju jedn. dijelimo sa (L2

2 – L42) A 2

(&)

Sa malo sređivanja, slijedi:

gdje C predstavlja koordinate, a r radijus kruga. Iz pretposlednje jedn. slijedi:

Komparirajući koeficijente poslednje dvije jednadžbe, slijedi:*

Jedn. (*) predstavlja krug čije koordinate u kompleksnoj beta ravni su:

Horizontalna komponenta:

Vertikalna komponenta:

I radijus:

Da bi dobili koordinate kruga i njegov radijus u kompleksnoj alfa ravni, dijelimo jedn. (&) sa (L1

2-L32) B2

Dodavajući objema stranama jedn.

te prijenosom poslednjeg člana gornje jedn. na desnu stranu, slijedi:

Iz ove jedn. slijede koordinate kruga i njegov radijus u kompleksnoj alfa ravni:

Fazni dvo-ulazni komparator

ili

(A)

(B)

Iz jed. (A) slijedi:

(C)

Substituirajući (C) u (B), slijedi:

(D)

Jedn. (D) dijelimo sa L2’L4’ A 2 kako bi dobili proradnu karakteristiku u beta ravni, tj. slijedi:

(E)

Jedn. (E) aranžira se u formi jedn. kruga dodavanjam člana C2:

Na obje starne jedn. (E) te transferiranjem člana na desnu stranu iste jedn.

(F)

Iz jedn. (F) koordinate centra i radijus kruga u kompleksnoj beta ravni su:

Koordinate centra i radijus kruga u kompleksnoj alfa ravni dobivaju se dijeljenjem (D) sa L1’L3’ B 2

Dodavanjem C2, tj.:

(G)

na obje strane jed. (G) i transferiranjem člana L2’L4’/ L1’L3’ na desnu stranu(G), slijedi:

(H)

Iz jedn. (H), slijede koordinate kruga i njegov radijus:

Proradna karakteristika diferencijalnog releja

Za elektromehaničke releje, ispad je za uvjet: ili

Kako je N1 >>N2, slijedi:

tj. razlika struja (I1-I2) prevazilazi S puta zbir srednjih vrijednosti struja: (I1+I2)/2

Ovo je procentualni diferencijalni relej. S je pomak, odnosno stepen neravnoteže (odstupanja).

Posmatramo karakteristiku diferencijalnog releja izvedenog u statičkoj formi (komparacija konstanti):

Proradna veličina za diferencijalni relej temelji se na S1 = I1-I2

što odgovara:

Za šemu diferencijalnog releja je A=I1, B=I2, i θ=0

Tako, slijedi proradni signal:

I signal protumomenta:

Komparirajući koeficiejente na obje strane jedn. (I), slijedi:

(I)

Uzimajući u obzir:

Koordinate centra i radijusa kruga u kompleksnoj beta ravni su:

Karakteristika djelovanja diferencijalnog releja:

Impedantni relej

Radna veličina impedantnog releja kao amplitudnog komparatora u beta ravni je produkt IZR, a veličina protumomenta je V.

Komparirajmo naprijed rečeno sa:

što predstavlja opću jedn. releja sa proradnom karakteristikom amplitudnog komparatora u beta ravni

Ovdje je A=I, B=V i θ=0, gornja jedn. postaje:

Iz ove jedn. dobiva se:

Kako bi dobili koordinate centra i radijus kruga amplitudnog komparatora u kompleksnoj beta ravni, gornje konstante substituiramo u

te dobivamo:

Isti rezultat se dobiva i za ovaj relej. Proradna karakteristika je krug radijusa ZR sa centrom u koordinatnom početku.

Relej impedantnog uglaI za relej impedantnog ugla signali amplitudnog komparatora u kompleksnoj beta ravni, sa A=I, B=V i θ=0, su:

Proradna karakteristika je prava linija.

Relej admitantnog ugla (MHO) I za relej admitantnog ugla signali amplitudnog komparatora u kompleksnoj beta ravni, sa A=I, B=V i θ=0, su:

Komparirajući koeficijente:

Slijedi:

Proradna karakteristika je krug dijametra ZR, koji prolazi kroz koordinatni početak. Isti rezultat je i za relej kao fazni komparator.

Više-ulazni komparatorSa dvo-ulaznim komparatorima možemo dobiti proradne karakteristike oblika samo kruga ili pravca,

Ako želimo karakteristike drugačijeg oblika, kao na primjer, konus, kvadrat, potreban nam je više-ulazni komparator,

U slučaju više-ulaznog komparatora ne postoji dualnost između fazne i amplitudne šeme koja postoji u slučaju dualnog ulaznog komparatora.

Više-ulazni komparator može se podijeliti u velike dvije grupe: amplitudnog i faznog tipa,

Sa više-ulaznim amplitudnim komparatorom dobivaje se proradne karakteristike oblika elipse ili hiperbole, dok kod više-ulaznog faznog komparatora dobivaju se karakteristike oblika kvadrata.

Više-ulazni amplitudni komparator• U biti sastoje se od brojnih namotaja, od kojih

neki imaju fiju radnih, a drugi kočionih namotaja,• Svaki namotaj se energizira ispravljenim

signalom,• Za isklop prekidača, potrebno je:

Ovaj komparator naziva se linearnim komparatorom

Postoje i nelinearni komparatori, kod kojih izlazna

Kako se od releja traži da odgovara na stanje sistema, ulazni signali u relej

struja nije fija ulazne struje

moraju biti fije VR i IR. Obrada tih signala se vrši u odgovarajućim strujnim krugovima.

Generalno, ulaz u više-ulazni komparator sa “n” ulaznih signala može se izraziti kao:

(J)

gdje su K1...K2n-1 kompleksni množitelji izvedeni logičkim krugovima.

Kod amplitudnog komparatora amplituda algebarske sume signala pokretačkog moda i kočionog moda mora biti jednaka nuli, tj.:

Predznak plus odnosi se na pokretački mod, a predznak minus na ko

(K)

čioni mod.

Zamjenjujući (J) u (K), slijedi:

(L)

Dijeleći (L) sa IR, te zamjenjujući VR / IR = Z, tj. impedansom od releja do mjesta kvara, slijedi:

(M)

Za:

te zamjenom toga u (M), slijedi:

Tačke ZA,ZB,ZC,...,ZN su ekstremi vektora Za,Zb,Zc,....,Zn, koji predstavljaju na kompleksnoj beta ravni (tj. kompleksna Z ravan), uvjete sistema pod kojim ulazni signali postaju jednaki nuli, a svaki član poslednje jedn. predstavlja distancu impedanse voda do mjesta kvara od fiksiranih tačaka ZA,ZB,ZC,...,ZN, pomnoženih sa konstantama.

Dakle, kod proradnog uvjeta, kod linearnog više-ulaznog amplitudnog komparatora, suma distanci koje odgovaraju ulazima radnog moda je jednaka sumi distanci koje odgovaraju ulazima kočionog moda.

U kompleksnoj Z-ravni, mjesto vektora Z (impedansa voda do mjesta kvara) predstavlja prag prorade releja.

Eliptična karakteristikaOvo je poseban tip konične karakteristike, a koristi se za izbjegavanje djelovanja releja za vrijeme njihanja snage u sistemu.

Za vrijeme njihanja snage u sistemu, relej vidi fiktivnu impedansu, te ako je ta impedansa manja od impedanse postavke releja, relej će nepotrebno proraditi.

Zbog toga, potrebna su nam samo tri ulazna signala, za formiranje odgovarajuće proradne karakteristike releja. Dakle, pišemo:

Ovdje je K1 =0, pa slijedi:

(N)

Dijeleći (N) sa IR, zamjenjujući VR / IR = Z, te također:

Slijedi:

Signal S1 je u radnom modu, a signali S2 i S3 su u kočionom modu. Odabirući da je K3=K5, te preuređenjem, jedn. (O), dobiva sljedeći oblik:

(O)

(P)

Jedn. (P) predstavlja krivulju, određenu sumom razlika impedansi, koja je jednaka konstanti, tj. ove razlike imaju konstantne distance od dvije fiksirane tačke, ZB i ZC.

Ova krivulja je elipsa.

Eliptična karakteristika releja, sa unutarnjim dijelom kao radnom zonom;

Skup karakteristika može se postiK3 do K6

ći variranjem K2 i držanje konstantnim

Hiperbolična karakteristikaUpravo kao i kod eliptične karakteristike, potrebna su samo tri signala. Signali S1 i S2 su u radnom modu, a signal S3 u kočionom modu: tako, jedn. (O) postaje:

Odabirući K3=K5, slijedi jedn. koja opisuje graf hiperbole:

Hiperbolna karakteristika releja sa radnom zonom na lijevoj strani karakteristike;

Variranjem K2 i držanjem K3 do K6 konstantnim, može se dobiti skup hiperbola;

Za gornji limit, kada je

proradna karakteristika je prava linija, od ZB do beskonačnosti duž

a za donji limit, gdje je K2/K3=0, karakteristika postaje pravac koji je okomit na

U praksi, eliptička karakteristika dobiva se sa sljedećim signalima:

ZR i KZR su replike impedansi sa K kao skalarom.

Z je impedansa voda do mjesta kvara;

S1 radni signal, S2 i S3 suprotno

Za ispad, potrebno je:

Ova jedn. predstavlja elipsu koja prolazi kroz koordinatni početak,

U cilju dobivanja pomaknute eliptične karakteristike koja je potrebna kao treća zona djelovanja, koriste se signali:

Jed. pomaknute eliptične karakteristike releja koja određuje njegovo djelovanje je:

Slično je i za hiperboličnu karakteristiku koja prolazi kroz koordinatni početak, S1 je radni mod, a S2 i S3 su kočioni modovi. Za ispad je potrebno:

P.s. Karakteristika koja prolazi kroz koordinatni početak čini relej usmjerenim – mho releji

Više-ulazni fazni komparator• Sa ovom vrstom komparatora dobiva se kvadrilateralna karakteristika,• Ovo je najbolja karakteristika jer ona obuhvata cjelokupni prostor kvara,• Međutim, ne postoji dualnost između više-ulaznih amplitudnih i faznih

komparatora• Više-ulazni fazni komparator radi na principu trajanja koincidencije svih

signala

Razmotrimo 3-ulazni fazni komparator

Relej mjeri trajanje koincidencije 3 ulazna signala i daje signal za isklop ako je ovo trajanje više od 900,

Prema tome, više-ulazni fazni komparator je skup dvo-ulaznih komparatora čiji su svi izlazi vezani na AND logički krug.

Više-ulazni fazni komparator sa četiri signala koristi se za dobivanje kvadrilateralne karakteristike:

Presjek signala S2 i S3 je pravac koji prolazi kroz koordinatni početak i pod pravim uglom u odnosu na R-osu; presjek signala S2 i S4 je pravac koji prolazi kroz koordinatni početak u osi sa R; presjek S1 i S3 je pravac okomit na R, te presjek S1 i S4 pravac okomit na X.

Ispad se dešava ako su svi navedeni kriteriji istovremeno zadovoljeni, dakle, ako su sva četiri signala dovedena na relej, rezultirajuća proradna karakteristika će biti kvadrilateralna,

Kvadrilateralna karakteristika može se dobiti i modificiranjem ulaznih signala, kao na primjer:

Ako se mjereni napon (otpor) nađe unutar šrafirane površine relej treba da

djeluje

Da bi se mjereni otpor našao unutar zone određene horizontalnim pravcima X3 i –X4, mora referentni fazor 3, paralelan s realnom osi, nalaziti se između fazora 1 i 2.

Položaj fazora za faznu komparaciju kod kvarova u zoni i van zone djelovanja određenih podešenim reaktansama X3 i –X4

Položaj ulaznih veličina koje određuju zonu djelovanja u pravcu R osi;

Fazno se upoređuju:

Pilot relejne šeme

• Postoje tri tipa:- Žična pilot šema,- Strujna pilot šema, i- Mikrovalna pilot šema

Pilot šema predstavlja šemu komunikacijkog kanala između dva kraja prijenosnog voda, preko koje se mogu izmijenjati informacije

Pilot relejne šemeŽična pilot šema sastoji se od dvije žice, slično telefonskom vodu nadzemnom ili kablovskom,

U slučaju energetske pilot šeme, koristi se sam prijenosni vod kao komunikacijski link, preko kojeg se prenosi struja niskog napona, male snage i visoke frekvencije (50-500 kHz), gdje se kao povratni vodič koristi zemlja,

U slučaju mikrovalne pilot relejne šeme korsite se VF signali opsega 900 do 6000 MHz, koji se prenose zrakom od jedne antene do druge, koje se nalaze na početku i kraju energetskog prijenosnog voda

Žična pilot šema

Radi na principu procentualnog diferencijalnog releja

Koriste se filteri redosljeda faze koji se vežu na oba kraja voda, te koji konvertuju 3-faznu struju u jednu-faznu struju, ili korištenjem transformatora koji konvertuju tro-fazne veličine u ekvivalentni jedno-fazni sistem za sve tipove kvarova

Energetska pilot šema koristi se za duge vodove,

Ne postoji kvantitativna komparacija između struja (kao u prethodnoj šemi),

Ovdje postoji nositelj informacije, koji je na ON ili OFF, atko da ne postoji problem prigušenja signala, na oba kraja prijenosnog voda postoji transmitersko-prijemna jedinica, kondenzator i paralelna kombinacija L i C (zamka),

Prijenosni signal proizvodi se transmiterom (sadrži master oscilator i pojačavač snage sa izlazom od 15 do 20 W kod frekvencije 50 do 500 kHz).

Bira se ovaj frekventni opseg, jer ispod 50 kHz veličina i trošak uređaja terminala je veliki, a iznad 500 kHz prigušenje signala je suviše veliko,

Ova šema je moguća jedino u slučaju nadzemnih vodova, jer kod kablova postoje visoke kapacitivnosti koje prigušuju prijenosni signal,

Prijenosni signal injektira se u prijenosni energetski vod preko kondenzatora, a zamka R-C obezbjeđuje da ovaj signal ne ide van štićenog voda,

Kondenzator 0,001 mikroF je nazivnog napona energetskog voda, a uzemljen je preko induktanse 100 mH,

Induktivni namotaj ima vrlo visoku Z prema prijenosnom signalu, a nisku Z prema struji 50 Hz, dok kondenzator pruža veoma nisku Z prijenosnom signalu, a vrlo visoku Z struji 50 Hz.

Tako, transmiter i prijemnik su izolirani od prijenosnog voda i uzemljeni za struju 50 Hz, a vezani su na prijenosni energetski vod i izolirani od zemlje kod frekvencije prijenosnog signala.

L-C zamka podešava se na frekvenciju prijenosnog signala i veže se u seriju sa svakim krajem prijenosnog voda; zamka omogućava kretanje VF signala unutar štićene zone.

VF signal može se injektirati samo u jednu fazu voda sa zemljom kao povratnim vodičem, ili može se injektirati između faza (skuplja verzija, jer traži dva seta kondenzatora i dva seta zamki, za svaku fazu po jedan).

Postoje dvije energetske šeme pilota: šema blokiranja signala i šema međuzavisnosti signala

U šeme blokiranja signala, u normalnim uvjetima ne postoji signal: kada se desi kvar, signal starta. Međutim, za interni kvar – što određuje usmjereni element – signal se zaustavlja, i dešava se ispad – prisustvo signala djeluje na isklop,

Međutim za vanjski kvar, samo jedan od usmjerenih releja će zaustaviti signal, dok drugi usmjereni relej će održavati signal – ne postoji ispad –ovo se zove usmjerena komparacijska šema,

Pored signala, ovdje se koristi i detektor kvara i usmjereni relej; u normalnim uvjetima ne postoji signal; ako se desi kvar, bilo gdje, detektor kvara starta signal; ako je kvar interni, određeno usmjerenim relejem, signal se zaustavlja, te relej djeluje na isklop prekidača,

Drugim rijećima, oba usmjerena releja moraju zaustaviti signal; ako neki od usmjerenih releja ne zaustavi signal, u slučaju vanjskog kvara, signal se pojavljuje na vodu i ispad se blokira.

U slučaju međuzavisnog ispada (ili transferiranog ispada) prisustvo signala daje signal za ispad prekidača,

Ovdje, poslije kvara, relej bliže kvaru ne samo da daje signal za ispad na svojoj ču) za njegov ispad,

anje signala, tako da kada relej na drugoj

strani voda, već šalje i signal ka drugom kraju voda (prekida

Alternativa razmjeni signala jeste ubrzstrani voda primi signal, zona štićtako se kvar u zoni dva eliminira vrlo brzo, kao i u zoni 1.

enja se automatski širi na sljedeću zonu, te

Na sljedećoj šemi koristi se fazni odnos između struja na ulazu i izlazu štićenog objekta – nema kompariranja amplituda,

Ovdje se uz pomoć logičkog kruga, trofazni sistem ekvivalentira u jednofazni; na taj način, uz pomoć tri strujna transformatora vezana na 3-fazni vod, tri linijske struje trofaznog sistema se kombiniraju u jednofazni ekvivalent, forme I1-NI2 gdje je N 4 ili 5 – to je struja koja ide na modulator koji je spojen sa frekventnim oscilatorom,

Kada se kvar desi, proizvodi se strujni signal vrlo visoke frekvencije koji se prenosi na drugi kraj štićenog voda; uz pomoć L-C zamke, signal ostaje samo u štićenoj zoni.

U slučaju kvara u B, izlazni naponi na sabirnicama 1 i 2 su međusobno pomaknuti za 1800 jer su dva strujna transf. vezana na oba kraja voda, povezana na suprotan način,

Ovaj napon primjenjuje se na transmiter koji prenosi signal samo za vrijeme perioda kada je naponski val pozitivan,

Tako, u ovom slučaju, postoji uvijek signal, te ne postoji djelovanje releja,

Za slučaj kvara u A, naponi na obje sabirnice 1 i 2 su u fazi; u ovom slučaju signal se prenosi samo za vrijeme pozitivnog poluvala, te kako su naponi u fazi, prirodno je da postoje signali sa obje strane voda –ne postoji signali kada su poluvalovi napona na obje strane voda negativni,

Ako nema signala, postoji signal za ispad,

Dakle, za eksterni kvar postoji uvijek signal, ali za interni kvar, postoji signal za pola ciklusa, a ne postoji signal za drugu polovinu ciklusa, što uzrokuje ispad, jer odsustvo signala znači kvar i potrebu za djelovanje prekidača

Mikrovalna pilot šema

Ova šema je vrlo slična energetskoj pilot šemi, izuzev da ovdje signal se prenosi zrakom, koristeći antene koje se maksimalno mogu postaviti jedna od druge na udaljenosti od 90 km,

Generira se signal vrlo visoke frekvencije u opsegu od 900 MHz do 6000 MHz, i prenosi se zrakom,

Mora postojati optička vidljivost između antena – nema potrebe za L-C zamkom i kondenzatorom.

Digitalna zaštita prijenosnog voda

• Prvo su se koristili nadstrujni releji, međutim zbog brojnih nedostataka, koriste se distantni releji za vodove iznad 50 kV,

• Distantni releji, utemeljeni u različitim opcijama (impedantni, OHM ili raeaktantni relej), admitantni relej (MHO) su norme zaštite prijenosnih vodova

• Distantni releji obuhvataju sve vrste kvarova, koristeći fazne releje za fazne kvarove i dozemne releje za dozemne kvarove,

• Fazni releji su osigurani sa delta naponima i delta strujama (razlika faznih struja); dozemni releji su snabdjeveni sa faznim naponima i faznom strujom, tako radna tačka DR ne mijenja se sa tipom kvara, promjenom šeme mreže, itd.

Preferiraju se MHO releji za fazne kvarove na dugim, teško opterećenim vodovima, dok se preferiraju OHM releji za dozemne kvarove,

OHM releji (reaktantni releji) uvijek su vezani sa startanjem usmjerenja, tj. MHO-ovi releji i ispadi su unutar druge zone MHO releja i prve zone OHM, tj. reaktantnog releja,

Relejne šeme DR mogu se podijeliti u dvije kategorije:- Šeme distantnog releja,- Relejne šeme bazirane na putujućim valovima

Šeme distantnog relejaOvdje je cilj da se ekstrakuje osnovna frekvencija napona i struje iz kompleksnog valnog oblika poslije kvara, korištenjem odgovarajućih filtera,

Iz osnovnih komponenti računa se prividna impedansa “viđena” od strane releja,

Temeljem amplitude ove impedanse, relej odlučuje da li će ili ne djelovati,

Od brojnih pristupa digitalne zaštite prijenosnog voda, izdvojiti će se četiri:

-Fourire analiza sa veličinom prozora od jednog ciklusa,

-Računanje maksimalnih vrijednosti napona i struje,

-Rješenje diferencijalne jedn.,

-Fourier analiza sa veličinom prozora podciklusa

Fourier analiza – jedan ciklusUzimaju se uzorci napona i struje i porede sa memoriranim – referentnim sine i cosine valovima u cilju izdvajanja kompleksnih vrijednosti osnovne komponente u pravougaonoj formi,

Opći izrazi za sine i cosine komponente napona u tački uzorkovanja K su:

Vi su uzorci napona, a N je broj uzoraka uzet po jednom osnovnom ciklusu.

Slični izrazi su i za struje Is i Ic; ove četiri relacije koriste se za računanje vrijednosti impedance faze.

Računanje maksimalnih vrijednosti napona i struje

Ovaj metod računanja impedance voda temelji se na predviđanju vrhova struje (ipK) i napona (VPK),

Impedanca se onda računa dijeljenjem vrha na pona sa vrhom struje

Neka je ν uzorak napona, uzet u trenutku t, dat:

gdje je derivacija:

Dakle, slijedi:

Tačka naponskog ciklusa obilježena je uglom:

Za val struje :te slijedi (analogno sa naponom):

I ugao impedanse:

Rješenje diferencijalne jedn.

Vod se modelira dif. jedn., te se one numerički riješe, čime se dobiva RL i XL.

Dif. jedn. opisuje prijenosni vod (zanemareni šant parametri)

Postoje brojni algoritmi za rješenje gornjeg izraza za dva uzastopna vremenska perioda i simultanost linearnih jed.

1979 Smolinski je predstavio PI model voda poslije kvara, izrazom:

te, uvrštenjem iC u v, slijedi:

Odabirom 4 uzastopna uzorka napona i struja, te zamjenom derivacija u poslednjoj jedn. odgovarajućim konačnim razlikama, dobivamo vrijednosti RL i LL, tehnikom redukcije matrice.

Fourier analiza sa prozorom veličine podciklusa

Ovdje “digitalna” impedansa određuje kompleksnu vrijednost fizičke veličine (struje ili napona) uzorkovanjem dvije ortogonalne fije.

Koriste se dva skupa ortogonalnih fija, tj. cosine/sine fije i parne/neparne kvadratne fije.

Ako se izdvajanje komponenti osnovne frekvencije radi pomoću koreliranja signala sa sine i cosine fijama osnovne frekvencije, te za prozor uzorkovanja kraćim od širine jednog ciklusa promjene, prisustvo periodičkih komponenti u signalu dobiva veliku vrijednost,

U cilju reduciranja greški, signale bi trebalo korelirati sa sine/cosine fijama koje imaju periode promjene jednake dužini prozora uzorkovanja,

Za ulazne signale napona i struje, slijedi:

Prvi, drugi i treći članovi odnose se na: statičko stanje, aperidičko (dc komponenta) sa vremenskom konstantom Ta i opadajućim oscilacijama induciranih kvarom.

Realne i imaginarne komponente napona i struje računaju se za ugaonu frekvenciju ω2, koja odgovara širini prozora uzorkovanja za koju spektrum aperiodičke komponente dostiže minimum.

Poznato je:

Te neka je:

gdje je t1 početak prozora uzorkovanja Tw.

Slijedeći Fourier teoriju transformacije i korelirajući sa signalom sine/cosine fija koje imaju period jednak prozoru uzorkovanja Tw, tj. ω2=2π/Tw, slijedi:

gdje su koeficijenti K i P:

ω1 je pogonska frekvencija,a ω2 ugaona frekvencija koja odgovara veličini prozora

Uzimajući u obzir širinu prozora jednaku polovini periode, tj. polovini ciklusa (tj. Tw=π/ω1), koeficijenti K i P su:

Zamjenjujući K i P u prethodnim izrazima, te korištenjem trapeziodnog metoda integracije, mogu se izračunati vrijednosti Vd, Vq, Id i Iq.

Impedanca viđena od strane releja dobiva se dijeljenjem vrha napona sa vrhom struje, tj.:

Kako je Z=R+jX, slijedi:

Komparirano sa standardnom praksom izdvajanja osnovnih komponenti pomoću koreliranja signala sa sine/cosine fijama osnovne frekvencije, prezentirani metod minimizira greške uzrokovane prisustvom aperiodičkih komponenti u signalu, ali povečava one greške koje rezultiraju iz oscilirajućih komponenti.

Drugi autor (Girgis) predlaže korištenje Kalmanovog filtera u procjeni komponente osnovne frekvencije iz signala napona i struje, u cilju određivanja prividne distance (impedanse), s takvom brzinom koja će zadovoljiti sigurnost djelovanja releja u prvoj zoni.

Releji putujućih valova

• Omogućavaju ultra-brzo djelovanje releja,• Takva brzina djelovanja releja poboljšava

tranzijentnu stabilnost sistema• Ova vrsta releja može se podijeliti u

sljedeće grupe:- Relej komparacije amplitude,- Relej komparacije smjera, i- Relej komparacije faze (korelacijska

tehnika)

Relej komparacije amplitude• Poslije dešavanja kvara, napon i struja u bilo kojoj tački

sistema mogu se posmatrati kao suma komponenti proizvedenih prije kvara i za vrijeme kvara,

• Poslije prvih nekoliko milisekundi poslije startanja kvara, komponente generirane kvarom mogu se predstaviti putujućim valovima,

• Mogu se računati valovi na lokalnom mjestu i drugom kraju voda, te koristiti razliku u amplitudama valova na tim mjestima za identificiranje kvara štićenog objekta –ova razlika je nula ako nema kvara, i ima konačnu vrijednost ako postoji kvar,

• Ustanovljeno je da komponente signala kvara najviše frekvencije su inverzno proporcionalne sa razdaljinom između mjesta ugradnje releja i mjesta kvara.

Diskriminanta smjera putujućeg vala neovisna je od ugla veličine u trenutku kvara i krajeva voda.

Diskriminanta kvara određuje se iz uzorkovanih podataka uzetih na području štićenog objekta.

Fija diskriminante bazira se na fenomenu odlazećih i dolazećih valova. Za jednofazni vod, fija diskriminante definira se:

gdje je d karakteristika vala u tački releja, d’ je derivacija po vremenu.

za odlazeći val,

za dolazeći val.

Z je impedansa voda, a ∆VR i ∆iR su promjene napona i struje na lokaciji releja.

Iz komponente diskriminante odlazećeg vala, određuje se postojanje kvara i njegov pravac (komparirajući sa nekom prije postavljenom vrijednosti); ako je kvar u pravcu odlazećeg vala, odabire se razmatrana faza kao faza sa kvarom i klasificira se tip kvara.

Ako nijedna od dobivenih diskriminanti ne premašuje prag, provjeravaju se diskriminante dolazećih valova.

Ako neka od njih premašuje prije postavljenu vrijednost, onda postoji kvar u smjeru dolazećeg vala.

Kvar unutar zone štićenja

RASPODJELA DISKRIMINANTE KVARA

Kvar van štićene zone

Relej komparacije faze• Relej korelira odlazeći i dolazeći val na mjestu

ugradnje releja,• Korelacijski vrh dešava se u vremenu jednakom

dvostrukom vremenu putovanja vala do mjesta kvara – udaljenost do kvara dobiva se iz tog vremena,

• Algoritam računanja distance kvara može se temeljiti na autokorelaciji tranzijentnih signala putujućeg vala, gdje se signali vala definiraju kao:

Odlazeći val a(t) biva reflektiran od mjesta kvara, te vraća se na mjesto releja poslije vremena 2τF

Dakle:

gdje je r koeficijent refleksije na mjestu kvara.

Treba izvršiti autokorelaciju a(t) sa vremenski pomjerenim signalom b(t).Maksimalna korelacija dešava se kada je b(t) vremenski pomjeren za 2τF

Algoritam obuhvata računanje sljedećih integrala:

itd.

Prvi integral

Drugi integral

Proces računanja završava se kada vrijednost N-tog integrala bude manja od vrijednosti (N-1) integrala

Vrijeme putovanja vala do mjesta kvara je:

Relej daje signal za djelovanje prekidača za:

Relej komparacije smjera• Djelovanje releja bazira se na prezentaciji

dva signala

gdje su a’(t) i b’(t) vremenske derivacije a(t) i b(t).

Za kvar ispred releja D1 i D2 nikada nisu istovremeno negativna,

Za kvara iza releja D1 i D2 nikada nisu istovremeno pozitivna.

Šeme lokacije kvara – lokatori kvara

• Prva šema

Vrijeme putovanja vala od releja do mjesta kvara i nazad mjeri se osciloskopom

Druga šema

Kvar inicira val, koji kada dostigne jedan kraj voda inicira brojač, a zatim dostizanjem drugog kraja voda, inicira komunikacijski link. Brojač se zaustavlja poslije primanja podataka. Izmjereni vremenski interval koristi se za računje distance kvara.

Treća šema

Po dostizanju vala oba kraja voda, zaustavljaju se brojači na krajevima voda, koji su prethodno radili u sinhronizmu. Razlika očitanja brojača na oba kraja voda služi za lociranje kvara.

Šema digitalne zaštite

• Za proračun impedance do mjesta kvara potrebne su sinusoidalne veličine napona i struje – imamo ih sve do nastanka kvara, a zatim se one “obogaćuju” tranzijentima, uključujući i dc komponentu,

• Moraju se filtrirati – kod analognih filtera koristi se aktivni propusni filter, kod digitalnih potreban je odgovarajući software.

Matematska teorija šeme digitalne zaštite

• Prijenosni vod modelira se linearnom dif. jedn.,

• Dif. jedn. prijenosnog voda (bez šant parametara) je:

Algoritam računanja impedance do mjesta kvara bazira se na dva metoda: prediktivnog računanje pikova napona i struje, i numeričkog rješenja prethodnog izraza

****

Prediktivnog računanje pikova napona i struje

• Impedanca računa se dijeljenjem dobivene dvije vrijednosti V i i

• Koriste se samo osnovne frekvencije – 50 Hz,

• Također, određuje se i fazni ugao Z,• Neka su v i v’uzorak napona i njegova

derivacija u trenutku t

slijedi

za

slijedi

Pa je amplituda impedance:

I ugao impedance:

Numeričko rješenje prethodnog izraza (****)

• Jedn. se rješava numerički metodom konačne razlike koristeći uzastopni skup uzoraka

• Krajnji izrazi za računanje Z, tj. vrijednosti R i L do mjesta kvara su:

h – vremenski interval između dva uzastopna uzorka

Analogna i digitalna šema filtriranja

• Imitirana impedansa korištena u sekundaru strujnog tr. Ima ulogu analognog filtera za dc komponentu u strujnom signalu,

• Kompletno eliminiranje dc komponente nije moguće, jer konstantnost omjera X/R primarnog i sekundarnog kruga nije izvodiva, jer X/R primarnog kruga se mijenja do mjesta kvara

• Za eliminiranje VF komponenti koriste se RC nisko-propusni filteri – jedan analogni filter ne može eliminirati sve neželjene komponente, te ta činjenica je vodila do razvoja digitalnih filtera

Digitalni filteri

• Notch filteri – dva ortogonalna notch filtera sinusnih karakteristika koriste se za izdvajanje osnovnih komponenti, kada su već VF komponente eliminirane analognim nisko-propusnim filterima,

• Za vrijeme numeričke integracije dif. jedn. provodi se integracija preko izvjesnog broja preklapajućih intervala, što vodi ka eliminiranju izvjesnih harmonika i njihovih množitelja.

Digitalni filteri• Filteri greške najmanjeg kvadrata – greška kroz

proces rješenja parametara voda procesom integracije (****) podvrgava se minimizaciji kvadrata sredine greške,

• Orogonalni filteri – koriste Fourier filter, koji koristi sine i cosine fije kao ortogonalni skup –nedostatak je u tome da traži jedan puni osnovni period za eliminiranje neželjenih signala, zbog toga se koriste filteri koji rade na polovini ciklusa i manjem prozoru uzorkovanja – također, koriste se Walsh fije, uzorci i njihove derivacije, itd.

Digitalni filteri• Konačni filter – impedanca osnovne frekvencije

određuje se procesom filtriranja u frekventnom domenu korištenjem tehnike spektralne analize – dobri rezultati sa ¾ ciklusa,

• Kalmanov filter – dc komponenta i drugi VF signali tretiraju se kao signali šuma; koristi se 2-fazni KF za izdvajanje osnovnog fazora napona i 3-fazni KF za izdvajanje osnovnog fazora struje,

• Kod releja koji rade koristeći putujuće valove, navedene šeme filtriranja nisu potrebne, jer se kod ovih releja upravo koriste dc komponena i VF signali za detekciju kvara

Hardware design – blok dijagram

Akvizicija podataka ide poslije filtriranja svih tranzijenata i drugih harmonika pomoću aktivnog propusnog filtera; zatim, pomoću krugova uzorkovanja i memorisanja, preostali signali (50Hz) se konvertuju u digitalnu formu koristeći A/D konvertore, te se zatim prenose na ulaz mikroprocesora; interval uzorkovanja kontrolira se pomoću tajmera koji je kontroliran MP; radna stanica koja se koristi za ovu realizaciju je Intel8086A – dakle uočavaju se dva glavna kruga: skupljanje podataka i MP

Sistem akvizicije podataka – Data Acquisition System (DAS)

Obuhvata analogni ulazni krug, krug uzorkovanja i memorisanja, i multiplexer

Analogni ulazni krug za jedan kanal

Varijabilni pojačavači

Za kanale sa naponom kao ulaznim signalom, izlaz pojačavača je prilagođen u normalnim radnim uvjetima sistema na VPK=±10 V

Za kanale sa strujom kao ulaznim signalom, izlaz pojačavača je podešen na ±0.1VPK, kod nazivnog tereta sistema.

Za maksimalnu struju kvara ograničenu na 10 puta nazivnu struju štićenog objeta, ulaz na ADC ne prevazilazi ±10 V pod bilo kojim uvjetima.

Krug faznog šiftera

U cilju testiranja, signal se uzima iz signal generatora, kod kojeg su I i V u fazi

Da bi dobili fazni pomjeraj između V i I, koji su u fazi na izlazu iz signal generatora, potreban je krug pomjeraja faze.

Operacijski pojačavač sa promjenljivim R i C se koristi da se dobije željena fazna razlika

Uzorkovanje i memorisanje

Vrijeme akvizicije manje od 10 mikrosek.

Uzorkovanje svakih 0,5 milisek.

Dobije se 40 uzoraka po ciklusu

To se postiže sa 8253 programabilnim timerom

Chip NE 5537

Analogni multiplexer

Izlaz S/H ide ka ulazu ADC za digitalizaciju

U tu svrhu koristi se CMOS 8-kanalni analogni MUX IC4051. MUX IC se radi sa INTEL PPI 8255 portom8255 Programmable Peripheral Interface

8255 ima 3 digitalna porta: Port A, Port B i Port C. Svaki port je 8 bitne širine.

Izlaz MUX IC ide na analogni pin ulaz ADC

Iz dekodera

ADC

To je CMOS mikroprocesor kompatibilan sa 8 bitnim ADC koji koristi tehniku suksesivne aproksimacije omogučavajući vrijeme konverzije od 15 mikrosek.

Kada AD 7574 nije adresiran, CS i RD ulazi su visoki

Konverzija se inicira izvršnom memorijom READ na AD7574 adresu

BUSY ide nisko

Postavljajući mikroprocesor u WAIT stanje, kada radi konverzija (BUSY je visok) mp kompletira memoriju READ

Indikator ispada

Mikroprocesor određuje lokaciju kvara

Daje komandu prema led diodi, koja je spojena na izlaz porta A MUX 8255.

Digitalna zaštita EHV/UHV prijenosnog voda bazirana na putujućim valovima

• Dešavanjem kvara, dolazi do rasprostiranja naponskog i strujnog vala od mjesta kvara prema krajevima voda,

• Vod se predstavlja distribuiranim serijskim i shunt parametrima

v i i su napon i struja u bilo kojoj tački sistema poslije kvara;

Tretiraju se kao suma komponenti prije i tokom kvara, tj.:

vf i if određuju se korištenjem telegrafskih jedn.:

f1 i f2 su funkcije određene iz graničnih uvjeta

t je vrijeme putovanja od trenutka kvara

u je brzina propagacije valova

Z0 je valna impedanca voda = (L/C)1/2, L i C su u p.u.

Prvi član je fija f1 i predstavlja val jedne strane releja

Drugi član je fija f2 i predstavlja val druge strane releja

Struja i napon jednog vala idu u istom smjeru; isto tako struja i napon drugog vala idu u drugom smjeru

Valovi kao posljedica kvara (u indeksu f) putuju ka krajevima voda gdje doživljavaju refleksiju i refrakciju.

φs i φr su koeficijenti refleksije na oba kraja voda

Koristeći princip komparacije amplituda, dobivaju se sljedeći signali

Za kvar ispred relea |S1| >|S2|

Za kvar iza relea prednji valovi napona i struje trebaju najmanje 2T sekundi da iniciraju rad relea – T=L/u – L-dužina voda

Za kvar na udaljenosti x ispred relea, strujni i naponski valovi biti će suprotnog znaka od x/u do (x/u + 2T) sekundi, tako samo za unutarnji kvar |S1| >|S2|

Refleksija iza krajeva voda pojavljuje se kao eksterni kvar, tj. |S1| < |S2|

Određivanje veličina kvara

Predstavljanje prijenosnog voda u frekventnom domenu

Prije kvara napon i struja određuju se kroz tokove snaga

Princip superpozicije se

EES prije 3-faznog kvara gdje je samo čvor u kvaru detaljno predstavljen

koristi za veličine tokom kvara

Naponi prije kvara sa prikazanom polarizacijom simuliraju prethodno stanje bez kvara

Kvar se simulira povezivanjem naponskih izvora tako polariziranih da se suprostavljaju prije umetnutim naponskim izvorima

VFFa,b,c zavise od tipa kvara,

tj. VFFa,b,c=VPF

a,b,c za simetrični kvar

Za VFFa=VPF

a, a VFb i VF

c su takvi da su struje kvara u fazama b i c jednake 0

Primjenjujući princip superpozicije, te uzimajući u obzir otpor kvara, slijedi

Čvorni pristup

U cilju provođenja ove analize, predstavlja se trofazni kvar sa trofaznim naponskim izvorom u tački kvara i trofaznim vodom

Nodalna analiza tretira vod sa trofaznim naponskim izvorom VFF

a,b,c, a trofazni otpor kvara RF

a,b,c prema zemlji je zamijenjen ekvivalentim trofaznim strujnim izvorom JF

a,b,c u paraleli sa trofaznom konduktansom GF

a,b,c

Ekvivalentni krug trofaznog prenosnog voda Čvorna matrica frekventnog domena

rješava se preko (N+1) sabirnica obuhvatajući i sabirnicu u kvaru, gdje je zemlja referentni čvor

Tip zaštite Pgen ispod 1 MW Pgen iznad 1 MW Pgen iznad 10 MW Pgen iznad 100 MW

diferencijalna - - * *

zemljospoj - * * *

Statorski zavojci - - - *

preopterećenje * * - -

Termo-detektor - * * *

Relej negativnog redosljeda

- - * *

Gubitak tereta - - * *

Gubitak uzbude - - * *

Gubitak sinhronizma - - * *

Prekomjerna brzina i prenapon

Samo za hidro generatore

Zemljospoj rotora - - * *

Temperatura ležišta - - * *

Izolacija ležišta - - - *

rezerva preopterećenja - * * *

* relejna šema se koristi- relejna šema se ne koristi

ZAŠTITE GENERATORA

POBOLJŠANI DIFERENCIJALNI RELEJ – procentualni diferencijalni relej

• S njime se smanjuje osjetljivost releja na vanjske kvarove,

• Osjetljivost releja se reducira faktorom pomaka koji je jednak polovini zbira sekundarnih struja dva strujna transformatora

• Faktor pomaka S leži u opsegu vrijednosti 0,05 do 0,15; dakle, ako radni signal I1 – I2 prevazilazi S puta signal ograničavajućeg svitka, relej daje signal za isključenje prekidača;

• Radni signal je vektorska razlika sekundarnih struja str. tr. (I1-I2), a ograničavajući signal je sredina od I1+I2

zaštita od kratkih spojeva između faza statorskog namota

• Diferencijalni releji priključuju se na strujne transformatore u zvjezdištu i ispred generatora

Procentualni diferencijalni relej kao zaštita od kr. spojeva između faza namota statora i zemljospoja statora

Kriterij djelovanja releja: aps. vr. (I1-I2) ≥ S x aps. vr. polovine (I1+I2)

• Zbog toga što je neutralna tačka statora uzemljena preko otpora (impedance), dio namotaja blizu tačke uzemljenja ostaje nezaštićen. Taj dio nezaštićenog namotaja u slučaju zemljospoja je:

VxIxZnamotaognezasticen 100% 0=

Z – impedanca uzemljenja (ohma),

I0 – vrijednost porasta minimuma struje,

V – fazni napon

Iznosi oko 15 do 20%

100%-na zaštita namotaja statora generatora

• Koristi se napon trećeg harmonika• Zbog ovog harmonika potencijal izoliranog

zvjezdišta rotira u odnosu na potencijal zemlje frekvencijom od 150 Hz

• struja 3. harmonika zatvara se preko generatora kada dođe do zemljospoja

100%-na zaštita od zemljospoja statora generatora injektiranjem subsinhrone komponente napona

• Ubacuje se napon frekvencije 12,5 Hz između neutralne tačke i zemlje, te se posmatra struja 12,5 Hz

• Kada se ona poveća to je signal da je došlo do zemljospoja statorskog namota

• Ovo se bazira na činjenici da kada se desi zemljospoj statora mijenja se kapacitivnost generatora (ona je kratkospojena)

• Ova promjena u kapacitivnoj reaktansi je detektabilna na sub-harmonijskoj frekvenciji, te se zbog toga injektira ova subfrekvencija između neutralne tačke statora i zemlje

100%-na zaštita od zemljospoja statora generatora

GT – naponski transformator (Ung/(3)1/2

IT- injekcioni transformator

Zg – impedansa (može biti i naponski relej priključen na napon zvjezdišta generatora prema zemlji)

SGR – standardni dozemni relej –

CSG – kodirani generator signala 12,5 Hz

LP – niskopropusni filter

100%GR – 100%ni dozemni relej

VSR – relej supervizije napona

Zaštita od međuzavojnog spoja statora

Kratkospojna zaštita statorskog namota nadstrujnim relejem

• Ako neutralna tačka (zvjezdište) generatora nije uzemljeno, može se koristiti brza nadstrujna zaštita,

• Ako je zvjezdište uzemljeno, što je najčešći slučaj, koristi se usmjereni nadstrujni relej

Nadstrujna zaštita

Zaštita od pregrijavanja statora

Zaštita od prenapona

• Izvodi se regulatorom napona,• Također, koristi se prenaponski relej, sa

vremenskim zatezanjem i sa porastom napona oko 110% nazivnog napona generatora, ili

• Trenutno djelovanje prenaponskog releja sa porastom napona od 150% nazivnog napona

Zaštita od gubitka sinhronizma generatora

• Gubitak sinhronizma dovodi do asinhronog režima rada generatora sa mrežom

• Kod gubitka uzbude dolazi do induciranja struja u rotoru (frekvencije = klizanje puta nazivna frekvencija), te do dodatnog zagrijavanja rotora

• Negativne posljedice i na mrežu; u tim slučajevima, generator uzima iz mreže Q (više izraženo kod hidrogeneratora)

Područje rada generatora u P-jQ ravni

Izbor proradnih veličina je: 0,5Xd’ za Xpr.min i sinhrona reaktancija generatora za Xpr.max

Zaštita od zemljospja rotora

• ac ili dc napon utiskuje se između kruga uzbude i zemlje, preko prenaponskog releja.

• Zemljospoj rotora (uzbude) registrira se preko releja

Druge zaštite generatora

• Identificiranje iznad ili ispod nazivnog broja obrtaja rotora mašine detektira se mjerenjem frekvencije napona generatora,

• Nebalansirano opterećenje generatora detektira se relejom negativnog redosljeda,

• Zaštita od povratne snage (tada generator prelazi u motorno područje rada, te kao sinhroni motor pogoni turbinu, uzimajući za to potrebnu snagu iz mreže); dolazi do povratne snage i kod naglog rasterećenja elektrane – teška oštećenja za turbinu

Digitalna šema zaštite bazirana na 2. harmoniku struje induciranom u krugu rotora (uzbude)

• 2. harmonik nastaje kao posljedica pojave struje negativnog redosljeda u statorskom namotu

• Ona proizvodi magnetsko polje koja rotira suprotno od rotiranja rotora

• U rotorskom namotu inducira ems frekvencije dva puta veće od nazivne frekvencije mašine

• Tako, negativni redosljed struje u statorskom namotu proizvodi drugi harmonik struje u rotorskom krugu

• To se koristi kao ključna činjenica kod detekcije kvara u statoru.

• Tip kvara utvrđuje se na temelju amplituda i faznog odnosa struja različitog redosljeda koje se uzorkuju

Digitalni relej• Relej se realizira preko 8085 ili 8086

mikroprocesora• 8 uzoraka po ciklusu• Akvizicija podataka istovremenim uzorkovanjem

struja pozitivnog i negativnog redosljeda u statoru i rotoru

• Te struje se prevode u digitalnu formu preko A/D konvertora, te se šalju na ulaz mikroprocesora

• Interval uzorkovanja postavlja se timerom koji se kontrolira mikroprocesorom

Digitalni relej• Cjelokupni hardware dijeli se u dvije glavne

skupine: DAS i interface sa radnom stanicom• DAS sadrži analogni multiplexer i A/D konvertor• Uzorci se uzimaju svake 2,5 milisek.; to se

postiže 8253 programabilnim timerom• Izbor struja redosljeda u statoru i rotoru za ulaz

u ADC se radi preko analognog MUX (CD4052BM)

• Odgovarajući software smješten u memoriju procesora računa struje simetričnih redosljeda; na temelju njih određuje se:

Odlučivanje mikroprocesora

• A) ako su struje svih redosljeda iste amplitude, kvar je zemljospoj

• B) ako su struje pozitivnog i negativnog redosljeda jednake amplitude, a nedostaje struja nultog redosljeda, to je FF kvar

• C) ako postoje samo struje pozitivnog redosljeda, to je FFF ili FFFZ kvar

• D) ako je struja uzbude manja od 0,2 p.u., onda je kvar uzbude

Detaljni dijagram hardware

timerDekoder/dmuxVisoko brzi Decoder/Demultiplexer. Koristi se kod visokobrze bipolarne memorije, za odabiranje i dekodiranje adresa Radi se sa Schottky diodama

programabilni periferni interface (PPI) konstruiran za korištenje u Intel mikrokompjuterskim sistemima. Njegova fija je da poveže periferne uređaje sa sabirnicama mikrokompjuterskog sistema. Funkcionalna konfiguracija 8255A programira se sistemskim software tako da eksterna logika nije potrebna za povezivanje perifernih uređaja i struktura

Šematski dijagram hardware-a

Digitalna zaštita

• CPU obrađuje podatke za oko 4,6 ms• Dakle, svakih 5 ms posjeduje se

kompletna analiza, te se može dati odgovarajući signal

Kompletna šema zaštite generatora

Digitalna zaštita transformatora

• Tradicionalno se koristi procentualna diferencijalna zaštita za zaštitu od internih kvarova

• Problem je sa strujama magnetiziranja kod upuštanja transformatora u rad, prenaponima kod manipulacija sa prekidačima, itd., gdje ovakve šeme zaštite mogu nepotrebno djelovati


• Nadstrujna zaštita, plinski relej (Buchholtz), kontaktni termometar, zemni relej – zaštite koje štite transformator

• Kod manjih distribucijskih TR TR se štiti HV osiguračima i nadstrujnim relejima


• Primarna zaštita TR ne smije djelovati kod eksternih kvarova, kao što su kratkotrajna preopterećenja, vanjski kr. spojevi, itd. Te vrste kvarova preuzima zaštita vodova.

• Interni kvarovi mogu se grupirati u tri kategorije: početni kvarovi u TR, kvarovi na izlazima TR, kvarovi na namotima


• Primjeri početnih kvarova u TR (ne traže trenutno djelovanje zaštite, ali traže signalizaciju i praćenje):

- proboj izolacije limova, vijaka, steznih prstenova, koji uzrokuju ograničeno varničenje unutar ulja,

- slaba električka veza provodnika,- neodgovarajuće hlađenje,- neodgovarajuće kolanje ulja, gubitak ulja, što

uzrokuje vruče tačke unutar TR,- neodgovarajuća raspodjela opterećenja između

TR u paralelnom radu, što uzrokuje cirkulirajuću struju


• Kvarovi na krajevima TR:- Međufazni kvar na HV ili LV krajevima TR,- Spoj faze i zemlje na HV ili LV kraju TR,- Trofazni kvar na HV ili LV krajevima


• Kvarovi na namotima:- Međufazni kvar na HV ili LV namotima,- Spoj faze i zemlje na HV ili LV namotima,- Kr. Spoj između zavoja HV ili LV namota,- Kr. Spoj između zavoja tercijarnog

namota,- Zemljospoj na tercijarnom namotu


• Kvarovi na krajevima TR i na namotajima TR su vrlo ozbiljni kavrovi

• Detektiraju se debalansom struja ili napona na krajevima TR

• Trenutno uzrokuju oštećenja na TR


Kvarovi u transformatoru

Diferencijalna zaštita transformatora

Buchholtz relej

• Spaja se između kotla TR i konzervatora, ili

• Ispod poklopca TR

Nadstrujna zaštita

• Najjednostavnija i najjeftinija zaštita; ide za TR male snage,

• Obično idu nadstrujni releji na obje starne TR; ako je napajanje TR samo sa jedne strane, onda je dovoljno ugraditi nadstrujnu zaštitu na primarnoj strani.

Diferencijalna zaštita

• Uvjeti djelovanja signala ispada isti kao kod sinh. generatora; signal ispada daje se ako je vektorska razlika struja primara i sekundara TR iznad neke konstante

• Problem je da kod velikih vanjskih str. KS, zbog različitih uvjeta zasićenja STT, može doći do prorade releja, iako se radi o vanjskom kvaru,

• Zbog toga, koristi se procentualna diferencijalna zaštita, kao kod sinh. Generatora; koristi se faktor pomaka u opsegu 0,15 do 0,6 (viša vrijednost za TR sa naponskom preklopkom)


• Specifično kod TR zato što prirodno se razlikuju naponi i struje na primarnoj i sekundarnoj starni TR

• Zbog toga prijenosni omjeri STT na primarnoj i sekundarnoj starni TR se razlikuju, tako da su sekundarne struje STT na obje starne TR jednake (za normalni rad TR)

• Također, da bi se prilagodili fazni stavovi sekundarnih struja STT (fazni pomak struja stvara TR), STT na obje strane TR vežu se suprotno od namota TR (STT se vežu u zvijezdu na strani TR čiji je namot vezan u trokut, i vice-versa)


• Proradna karakteristika procentualnog diferencijalnog releja je krug duž realne ose u kompleksnoj beta (tj. Z) ravni

• Neka I1 je referentna struja sa kutem nula, isto tako i struja I2

Radni signal

Protu-signal

Prag prorade

Substitujući radni i protu signal, u poslednju jedn., slijedi.

Dijeleći prethodnu jedn. Sa I12, slijedi:

Dijeleći gornju jedn. sa (1-S2/4), te zatim dodavanjem (4-S2)/2 na obje strane, slijedi:

Pišemo:

A to je krug

zemljospoj• Amplituda struje zemljospoja u slučaju

uzemljenja nt TR preko otpora, zavisi od napona između nul-tačke i tačke kvara na namotaju, i inverzno proporcionalno otporu uzemljenja,

• Kod direktno uzemljenje nt TR odnos između struje kvara i pozicije kvara duž namotaja je kompliciran, jer je struja limitirana impedancom namota, koja se povečava sa sa kvadratom broja zavoja uključenih u kvar,

• također, napon nije proporcionalan uključenim zavojcima kod kvara blizu nt; zbog povečanih magnetskih gubitaka

• Zbog toga, struje zemljospoja mogu biti male, te se ne mogu jasno izdiferencirati samo nadstrujnim relejima; zbog toga se koristi pojava struja negativnog redosljeda.

Struja magnetiziranja kod puštanja TR u rad

• To je struja koja teče kroz primar, kada je sekundar otvoren, neposredno poslije zatvaranja prekidača na primarnoj strani

• Ova struja može biti 10 do 15 puta veća od struje nazivnog tereta, i traje 1 do 2 sekunde (zavisi od vremenske konstante induktance magnetiziranja)

• Ova struja može prouzročiti nepotrebno djelovanje releja

Struja magnetiziranja kod puštanja TR u rad

• Sreća, ova struja sadrži drugi harmonik

• Struja ovog harmonika nikada nije manja od 16% struje osnovnog harmonika

• To se koristi kao pomagalo u razlikovanju struje magnetiziranja kod puštanja TR u pogon i struje kvara

Prenapon kod TR

• Kratkotrajno povečanje napona, zbog poremećaja u sistemu, može prouzročiti zasićenje TR, rezultirajući u visokim diferencijalnim strujama releja

• 20-50% prenapona može prouzročiti 10 do 100% povečanje struje magnetiziranja

• Povećana struja magnetiziranja zbog povečanog napona na TR uzrokuje posebno povečanje 3. i 5. harmonika

• Zbog delta veze namota TR, nije moguće posmatrati 3. harmonik; zbog toga pratimo 5. harmonik

• Povečanje napona više od 140% uzrokuje sadržaj 5. harmonika u struji magnetiziranja ne manje od 8%

• Tako, postojanje 5. harmonika je indikator prenapona, za koji relej ne treba da djeluje

filteri

• Posroje dva tipa filtera: analogni i digitalni• Dvije klase digitalnih filtera: ne rekurzivni i

rekurzivni filteri• Kod ne rekurzivnih filtera izlaz je fija

prethodnih i sadašnjeg stanja• Kod rekurzivnih filtera koristi se povratna

sprega; izlaz je fija prošlih i sadašnjih ulaza i izlaza

Šema digitalne diferencijalne zaštite TR

Signal ispada

Struja magnetiziranja kod puštanja TR u pogon postoji kad je:

Uvečana struja mag. zbog prenapona postoji kada je:

Kriterij za djelovanje releja:

Kriterij za blokiranje rada releja:

S je u opsegu 0,15 do 0,6

Zadaci pred relejnom zaštitom

Uzeti uzorke I1 i I2, konvertovati ih u digitalnu formu, i konstruirati:

Izdvojiti rms vrijednosti:

i

Konstrukcija releja

• Bazira se na Intel 8086 sistemu• DAS sastoji se od 4-kanalnog analognog MUX

(CD4052BM) i A/D konvertora (AD570)• Tri primarne i tri sekundarne struje dobivaju se

pomoću STT. Ove struje se konvertiraju u naponske signale pomoću transaktora

• Šest naponskih signala su ulazi u MUX• Analogni signali iz MUX dolaze do ADC koji

konvertuje analogne signale u ekvivalentni 12-bitni digitalni signal

Konstrukcija releja

• ADC veže se u bipolarni mod (±5 V) kako bi čitao pozitivne i negativne vrijednosti analognih signala; vrijeme konverzije app. 3 mikrosek.

• Timer (8253) starta ADC • 12-bitni izlaz se učitava preko software preko

portova B i C od PPI-8255, te se smješta u memoriju za procesiranje

• I/O interface, link između vanjskog kruga i mikroprocesora obuhvata programabilni kontroler prekida (PIC8259), PPI (8255) i programabilni timer intervala (PIT 8253)

Documents

relejna zaštita