1. Uslovi rada relejne zaštite u monofaznom elektrovučnom sistemu

Elektrificirana saobraćajnica je elektroprivredni sistem u malom. Greške u ovom sistemu su razmjerno česte i nastaju iz više uzroka:

- preskok ili proboj izolacije na kontaktnoj mreži,

- mehaničko oštećenje mreže,

- kvarovi na elektrovučnim vozilima,

- pogrešni uklopni manevri,

- kvarovi na visokonaponskoj opremi.

Sistem treba da kvarove izazvane navedenim uzrocima selektivno ukloni uz nikakve ili minimalne prekide saobraćaja. Radi relativno siromašne konfiguracije mreže nešto su lakši zahtjevi koje treba da zadovolji zaštita u elektrovučnim postrojenjima nego u elektroprivrednim sistemima. Kao i kod klasičnih energetskih sistema zaštita treba:

- da sigurno isključuje kvar,

- da selektivno isključuje kvar,

- da brzo isključuje kvar.

Od posebnih uslova koje treba da zadovolji zaštita u elektrovučnim postrojenjima treba istaći sljedeće:

- pokretna opterećenja imaju karakter a u krajnjem slučaju i parametre kratkog spoja,

- velika raznolikost mogućih uklopnih stanja na višekolosiječnoj pruzi,

- monofazni sistem ne dopušta primjenu nekih ranije u trofaznim sistemima provjerenih rješenja.

Pored toga treba istaći da je kontaktna mreža u elektrovučnom sistemu najosjetljiviji dio. Radi utjecaja defektnog voda na okolinu kao i radi nekih voznih razloga (pantograf itd.) potrebno je što prije isključiti struju kratkog spoja u kontaktnoj mreži i na kraju treba istaći da su dionice kontaktne mreže relativno duge u odnosu na korišteni naponski nivo, pa u slučaju kvara na periferiji napojnog voda struja kratkog spoja je u pravilu manja od maksimalne struje opterećenja.

2. Struja kratkog spoja u kontaktnoj mreži monofaznog sistema

Za elektrovučna opterećenja tipično je prisutnost viših harmonika u krivoj struje. Ova nesinusoidalnost struje izaziva nesinusoidalne padove napona i radi toga evidentna izobličenja napona. U krivoj struje električne lokomotive osjetno su prisutni treći i peti harmonik. Što je opterećenje lokomotive veće njihov utjecaj je relativno manji. U napojnom vodu prisutnost viših harmonika zavisi od broja i opterećenja lokomotiva, tako da većem opterećenju odgovara niži sadržaj viših harmonika. Taj fenomen se može obrazložiti faznim pomjeranjem trećeg i petog harmonika prostorno odvojenih lokomotiva. Za normalnu struju opterećenje je još tipično da je njen vremenski porast relativno nizak.

Struja kratkog spoja na kontaktnoj mreži, za razliku od struje opterećenja je praktično sinusoidalnog oblika. Fazni ugao između struje i napona je reda 65-70°. Naponske prilike duž defektnog elektrovučnog voda su slične kao i kod klasičnog energetskog sistema u kvaru. Na mjestu kvara napon je ravan nuli ili padu napona na električnom luku. Idući ka napojnoj tački napon raste. Da bi se lokomotive zaštitile od podnaponskog rada one se isključuju ili jedan dio njih ostaje u saobraćaju u blizini napojne tačke gdje su možda naponske prilike još podnošljive. Radi toga, u općem slučaju, treba očekivati u slučaju kvara struju kratkog spoja superponiranu sa smanjenom strujom opterećenja.

Koristeći ove specifične fenomene kratkog spoja na kontaktnoj mreži ostvareno je i široko primijenjeno više rješenja relejne zaštite. Ona se baziraju na jednom od sljedećih simptoma kratkog spoja na kontaktnoj mreži:

- veličina struje,

- vremenski gradijent struje,

- pad napona,

- prisutnost viših harmonika,

- promjena električnih konstanti kontaktne mreže (impedansa, reaktansa itd.)

- fazna komparacija.

U sljedećim poglavljima obradit će se najčešće primjenjivana rješenja koja su koristila jedan od navedenih simptoma kratkog spoja.

3. Prekostrujna zaštita monofazne kontaktne mreže

Prekostrujna zaštita djeluje pošto struja pređe određenu podešenu vrijednost. Principijelna shema data je u slici 3.1. Pobuđen strujom istom ili većom od podešene vrijednosti prekostrujni relej zatvara svoj kontakt i aktivira vremenski relej, koji poslije isteka podešenog vremena isključuje prekidač štićenog voda.

Slika 3.1 Principijelna shema djelovanja prekostrujne zaštite

I > prekostrujni relej

T vremenski relej

ST strujni transformator

Stepenovanjem vremena u pojedinim zonama štićenja postiže se selektivnost rada. U slučaju kvara na lokomotivi u blizini napojne tačke vrijeme zatezanja prekostrujne zaštite može bibi neugodno radi relativno dugog proticanja struje kratkog spoja kroz lokomotivu pa se radi toga i nekih drugih razloga prekostrujna zaštita oprema i sa trenutnim članom, koji bliske kvarove sa velikim strujama kratkog spoja eliminiraju bez vremenskog zatezanja.

Zatezni član zaštite se podešava ispod minimalne struje kratkog spoja koja se javlja u slučaju kvara na kraju voda. Proradna vrijednost trenutnog člana treba da je veća od minimalne struje kratkog spoja. Prema tome, postiže se izvjesna dužinska selektivnost između trenutnog i zateznog člana prekostrujne zaštite. Dionica, koju štiti trenutni član trebalo bi da bude dio voda na kome prekidači lokomotive nisu u stanju da prekinu struju kratkog spoja. Problem strujnog podešavanja trenutnog i zateznog člana nije jednostavan. Treba imati u vidu da parametri energetskog sistema nisu fiksni, da struja kratkog spoja varira radi promjene snage kratkog spoja i konfiguracije sistema.

U slučaju ravnomjernijeg opterećenja kontaktne mreže prekostrujna zaštita se primjenjuje i u postrojenjima za sekcionisanje. Ako se pretpostavi ravnomjerno opterećenje duž voda, onda se može zaključiti da maksimalna struja opterećenja koja protječe preko prekidača za postrojenja za sekcionisanje ima znatno nižu vrijednost od one koja se pojavljuje na prekidaču u vučnoj podstanici. Na taj način se može postići i strujna selektivnost prekostrujnih zaštita duž voda. Da bi se ova selektivnost povećala prekostrujne zaštite u postrojenju za sekcionisanje su bez vremenskog zatezanja. Na dvokolosiječnoj pruzi problem podešenja ovih zaštita je nešto složeniji.

Strujno podešenje prekostrujne zaštite određuje se iz uslova:

gdje je

- maksimalna struja opterećenja

- minimalna struja kratkog spoja

- koeficijent sigurnosti (uzima se u granicama 1,15 – 1,25)

- koeficijent osjetljivosti releja (uzima se od 1,2 – 1,5)

4. Zaštita bazirana na vremenskom gradijentu struje

Zaštita koja reagira na vremenski gradijent struje, primjenljiva je u slučajevima kada struja kratkog spoja vremenski raste brže od struje u nestacionarnim stanjima normalnog pogona kontaktne mreže.

Brzina porasta struje kratkog spoja je redovno veća od porasta struje opterećenja, čak i onda kada su obje ove struje istog reda veličine.

Ova zaštita se najčešće primjenjuje kao dopunska i rezervna zaštita prekostrujnoj zaštiti u slučajevima kada su približno velike struje kratkog spoja i struje opterećenja.

Tamo gdje se ne primjenjuje distantna zaštita koristi se često relejna kombinacija sastavljena iz četiri člana:

- član

- I > član sa vremenskim zatezanjem

- I > udarni član

- Termo relej

Na slici 4.1 data je principijelna shema ovakve zaštite. Iz slike je vidljiv princip

rada. Šentiranjem I > člana (3) pomoću člana sprječava se djelovanje člana na

pogonske struje. U ovoj relejnoj kombinaciji udarni I > član djeluje trenutno a i

zatezni I > član poslije nekih 0,2 sekunde.

Slika 4.1 Principijelna shema zaštite koja se bazira na vremenskom gradijentu

Kod opredjeljenja za ovaj tip zaštite treba se rukovoditi sljedećim:

a) Ako su pogonske struje manje od dopuštene trajne struje voda dovoljno je za zaštitu uzeti 1 udarni i 1 zatezni prekostrujni član.

b) Ako su moguće pogonske struje iznad dopuštene trajne struje i ako su minimalne struje kratkog spoja veće od maksimalne pogonske struje, onda su za relejnu kombinaciju potrebni: udarni prekostrujni član, zatezni prekostrujni član i termočlan,

c) Akosu moguće pogonske struje iznad dopuštene trajne struje voda i ako su minimalne struje kratkog spoja manje od maksimalne pogonske struej onda su za zaštitu potrebni pored članova iz tačke b) potreban i

član.

5. Zaštita bazirana na mjerenju trećeg harmonika

Kod lokomotiva monofazne vuče sadržaj viših harmonika u struji pogonskog opterećenja i struji kratkog spoja bitno se razlikuju. Udio trećeg harmonika u struji opterećenja se kreće oko 9-12%. Udio trećeg harmonika u struji kratkog spoja na kontaktnoj mreži pri maksimalno mogućem ostatku opterećenja je u granicama od 2-3%.

Ova razlika u sadržaju trećeg harmonika poslužila je kao kriterij za zaštitu koja je efikasna i kod malih struja kratkog spoja.

Konstruktivno, zaštita se izvodi kao stabilizirani vatmetarski relej. Kroz jedan svitak releja teče struja proporcionalna prvom, a kroz drugi svitak struja proporcionalna trećem harmoniku. Momenti ovih struja djeluju suprotno tako da je rezultirajuća sila data izrazom:

F = K1 I1 - K3 I3

gdje su I1 i I3 struje prvog i trećeg harmonika a K1 i K3 konstruktivne konstante.

Kod pogonskog opterećenja rezultirajuća sila je mala ili čak negativna (kontakti otvoreni). Pri pojavi kratkog spoja sila naglo poraste pošto je struja kroz drugi navoj relativno mala. Radi toga relej zatvara svoje kontakte.

6. Potencijalna zaštita

Potencijalna zaštita je zasnovana na poređenju napona kratkog spoja i normalnog pogona u određenim tačkama kontaktne mreže. Kao što je vidljivo iz slike 6.1 postoji osjetna razlika između ova dva napona naročito na perifernim tačkama kontaktne mreže. Te sekcije prekostrujna zaštita problematično štiti. Radi toga pokazala se korisna kombinacija prekostrujne i potencijalne zaštite.

Slika 6.1 Naponske prilike duž napojnog voda u kratkom spoju (1 i 2) pri normalnom opterećenju.

Za potencijalnu zaštitu upotrebljava se potencijalni relej. Za korektno korištenje podnaponskog releja nužno je poznavanje naponskog dijagrama duž napojnog voda za 2 tipična slučaja kratki spoj i normalno opterećenje.

Naponski dijagram se dobiva iz izraza:

a) jednostrano napajanje

b) dvostrano napajanje

gdje je:

- struja kratkog spoja kod jednostranog napajanja

- struja kratkog spoja kod dvostranog napajanja iz stanica A i B

- pad napona na luku na mjestu kratkog spoja

- jedinične konstante kontaktne mreže (Ω/km)

- udaljenost mjesta kratkog spoja od lijeve podstanice (A)

- udaljenost tačke za koju se određuje napon.

Najnepovoljniji slučaj sa stanovišta podešenja zaštite bit će kvar na kraju voda kod jednostranog i u jednoj od podstanica kod dvostranog napajanja.

a) jednostrano napajanje za

b) dvostrano napajanje za

U slučaju dvostranog napajanja potencijalna zaštita može biti principijelno riješena pomoću:

a) jednog releja približno u sredini kraka

b) dva releja na krajevima napojnog kraka

c) tri i više releja od kojih se dva postavljaju na krajevima napojnog kraka.

7. Distantna zaštita

Distantna zaštita bazirana je na promjeni parametara (Z, X, R) kontaktne mreže u trenutku kratkog spoja.

Mjereći impedansu voda, odnosno ''električnu dužinu'' voda ispred sebe distantna zaštita je izbjegla poteškoće radi poznate sličnosti struja kratkog spoja i pogonskog opterećenja. Diskriminacija ove dvije veličine je pored toga olakšana i njihovim vektorskim poređenjem. Zahvaljujući tim prednostima distantna zaštita je našla široku primjenu na monofaznim sistemima (50 i 16 2/3 Hz) evropskih željeznica.

Distantna zaštita na monofaznom sistemu je uprošćena trofazna distantna zaštita koja iza sebe ima dug razvoj i oprobana tehnološka rješenja. Za razliku od trofazne distantne zaštite koja također ima jednorelejni sistem, u monofaznoj zaštiti nema komutacije mjernih veličina. Time je znatno pojednostavljeno rješenje. Treba istaći da je kod monofazne zaštite do sada ostao neriješen problem ''mrtve zone'' (vrlo bliski kvar). Radi toga u evropskim željeznicama najčešće se sreće kombinacija distantne i prekostrujne zaštite pošto su one po svom optimalnom području djelovanja komplementarne.

U narednom izlaganju obradit će se rješenja zaštite monofaznih vučnih sistema u nekim evropskim zemljama.

7.1 Zaštita monofaznog vučnog sistema 50 Hz na francuskim željeznicama

Na francuskim željeznicama primjenjuje se kombinacija distantne zaštite tipa RMY 210 i RMY 310 firme CdC i prekostrujne zaštite proizvodnje iste firme.

Distantni releji tipa RMY vektorski mjere admitansu kontaktne mreže ispred sebe. Na slici 7.7.1 data je radna karakteristika klasičnog distantnog releja i releja RMY 210.

Slika 7.1.1 Proradna karakteristika admitantne zaštite CdC RMY 210

U koordinatnom sistemu X, R data je (tačkastim linijama) prorada klasičnog distantnog releja i releja RMY. Oba releja imaju isto proradno podešenje Zpr.

Na dijagramu Zp je ekvivalentna impedansa koja odgovara maksimalnom opterećenju sa faznim pomakom oko 40°.

Iz dijagrama je vidljivo da na selektivnost utiče samo pomak pogonske impedanse i impedanse kratkog spoja. Pošto proradna karakteristika prolazi kroz ishodište koordinatnog sistema relej RMY 210 mjeri samo admitansa ''ispred sebe''. Na taj način je pored mjerenja ''distance'' ostvaren i kriterij smjera, što je nužno za selektivan rad zaštite. RMY 210 je relej koji reagira na smjer za napone veće od 0,5 V (sekundarno). Radi toga vrlo bliski kvarovi mogu pasti u njegovu ''mrtvu zonu''. Da bi se to izbjeglo ovaj relej je kompletiran prekostrujnim relejom za podešenje znatno većim od maksimalno pogonske struje.

Na slici 7.1.2 dato je tipično rješenje za zaštite na francuskoj željeznici. Data dionica AB je dvostrano napajana sa postrojenjem za sekcionisanje u M.

Slika 7.1.2 Zone podešavanja admitantnog releja CdC RMY 210.

U slučaju kratkog spoja zaštita treba da isključi sklopke u podstanicama A i B ili jednu od sklopki u A i B i sklopku u M što zavisi od toga da li je kvar na odsjeku AM ili BM. Zaštite treba da su neosjetljive na sve strujne udare izazvane pokretanjem vozova.

U svakoj podstanici su ugrađeni:

- 1 admitantni relej (RMY 210)

- 1 prekostrujni relej (RMA 420)

- 1 pomoćni relej (REP 221)

U postrojenju za sekcionisanje sa neutralnim vodom su ugrađeni:

- 1 podnaponski relej RMV 430

- 1 pomoćni relej REP 221

Ubacivanjem podnaponskog relej povećana je diskriminacija između impedansi kratkog spoja i maksimalnog opterećenja jer u tom slučaju RMY 210 ne treba da pokriva čitavu dionicu pa se može podesiti na nižu vrijednost te je time smanjena mogućnost da relej proradi na maksimalno pogonsko opterećenje. Analizirat će se djelovanje zaštite u 4 moguća slučaja kvara na dionici AB:

a) Kvar u blizini A i između A i C

Može se pretpostaviti da je kvar u mrtvoj zoni releja RMY 210 ugrađenog u A. Djelovat će prekostrujni relej RMA 420 u A i podnaponski relej RMV 430 u M. Sekcija AM je time selektivno isključena. Sekcija MB je pod naponom.

b) Kvar je na potezu CO tj. između donje granice osjetljivosti releja RMY 210 u A i gornje granice djelovanja RMY 210 u B. Na kvar će djelovati RMY 210 u A i vjerovatno RMA 420 u A i relej RMV 430 u M. Time je defektna sekcija AM selektivno isključenja. Sekcija MB je pod naponom.

c) U kvaru je sekcija O-P. Djelovat će RMY 210 u A i B i RMV 430 u M. Čitava dionica AB je isključena i razdvojena u M.

d) U kvaru je sekcija PD ili DB. Analogno djelovanje zaštite kao u prethodnim slučajevima.

7.1.2 Opis admitantnog releja RMY 210

Iz karakteristike RMY 210 (slika 7.1.1) je vidljivo da relej pored modula mjeri i argument admitanse ispred sebe. To je za kvalitetu zaštite bitno pošto se može desiti da su moduli impedansi kratkog spoja i maksimalnog opterećenja istog reda veličine. pošto je za proradnu karakteristiku izabrana kružnica koja prolazi kroz ishodište RX sistema mjerni organ je u isto vrijeme i usmjereni.

RMY 210 je principijelno prikazan na slici 7.1.2.

Slika 7.1. 2 Admitantni relej RMY 210

Relej ima 1 strujni (I) i dva naponska (P i V) svitka. Regulacionim kapacitetima se ugaono pomjera radna karakteristika releja.

Relej je indukcionog tipa. Na njegov obrtni dio koji nosi radni kontakt djeluju i sljedeći momenti:

a) Motorni moment koga stvaraju fluksevi strujnog i naponskog svitka (V)

gdje je:

- konstanta

Θ - unutrašnji ugao releja

φ - ugao između U i I

b) Električni kočni moment, koji je negativan i proporcionalan kvadratu napona

c) Kočni moment spiralne opruge

Uslovi ravnoteže momenata su dati izrazom

Dijeleći gornju jednačinu sa dobije se izraz:

Kvocijent je analogan impedanse podešenja .

Pišući gornju jednačinu u vektorskom obliku dobije se izraz:

U sistemu R-X slika 7.1.3 vektor ima modul i argument Θ a vektor modul i argument φ.

Slika 7.1.3 Vektori i u sistemu R-X

Ako je vektorska razlika onda je

Relej je konstruiran tako da je mehanički kočni moment zanemariv prema električnom pa je u tom slučaju rezultirajući moment funkcija vektorske razlike koja je geometrijski krug koji prolazi kroz ishodište.

Moment je nula za sve tačke na tom krugu. Negativan je za sve tačke izvan kruga (otvoren kontakt) a pozitivan (zatvoren kontakt) za sve tačke unutar kruga.

U koordinatnom sistemu karakteristika RMY 210 releja je data pravcem.

Osnovni element RMY 210 releja su (slika 7.1.4):

a) Zvonasti indukcioni relej sa 8 svitaka i to:

- polarizacioni krug P sa 4 svitka u seriji,

- naponski krug U sa 2 svitka u seriji,

- strujni krug I sa 2 svitka u seriji.

b) Regulacioni slog za pomjeranje nagiba (polarizacija) proradne karakteristike (slika 7.1.2).

c) Naponski autotransformator sa otcjepima za regulaciju admitanse u stepenima

Slika 7.1.4 Osnovni element RMY 210 releja

Područje neosjetljivosti releja je reda 0,5 V.

Da bi se ''mrtva zona'' što više skratila primijenjeno je ''pamćenje'' napona (memoar) u trajanju od nekoliko perioda što je nešto duže od vlastitog vremena releja.

Radi pojednostavljenja konstrukcije relej je rađen u jednostepenoj izvedbi koja ima smanjene selektivne mogućnosti ali je odgovarajuća za francusku koncepciju zaštite na kontaktnoj mreži.

Slika 7.1.5 Shema priključka RMY 210

7.1.3 Opis admitantnog releja CdC RMZ 310

Povećanjem saobraćaja dešavalo se da pogonska impedansa napojnog voda uđe u proradni krug releja RMY 210. Radi toga dolazilo je do neželjenih ispada. Da bi se to izbjeglo trebalo je ili smanjiti prečnik kruga, što ima svoje mane, ili mijenjati oblik proradne karakteristike. Iz te potrebe rodio se relej RMY 310. Njegova karakteristika je izdužena elipsa sa nagibom duže osi približno argumentu kratkog spoja (70°). Pošto ekstremna opterećenja imaju argument reda 35° i manje svedena je na minimum vjerovatnoća da pogonska impedansa uđe u područje prorade releja.

Pored toga prekostrujni relej koji je bio obavezan pratilac MHO releja u ovom slučaju postao je nepotreban.

Na slici 7.1.6 data je principijelna shema RMZ 310.

Slika 7.1.6 Principijelna shema RMY 310

Magnetno-električni relej G, koji funkcionira kao nulinstrument priključen je na paralelnu spregu 3 diodna mosta A, B i D. Preko mjernih transformatora relej je priključen na napon U i struju I napojnog voda.

Kroz ispravljački most D protječe struja . Kroz most A prolazi struja

iz sekundara transformatora F koji je svojim primarom vezan u seriju sa RC

slogom na mjerni napon U. Čitav slog gledan sa sekundara transformatora F ekvivalentan je referentnoj impedansi koja se može podešavati i po modulu i po argumentu.

Kroz most B protječe strujna razlika .

Iz uslova za ravnotežu releja dobije se izraz

ili uz

matematički ovaj izraz predstavlja elipsu. Na sve impedanse izvan elipse relej ne reagira.

Na slici 7.1.7 data je proradna karakteristika releja RMZ 310.

Karakteristika ima široke mogućnosti regulacije i po nagibu i po veličini osa.

Slika 7.1.7 Proradna karakteristika RMZ 310

7.2 Distantna zaštita na švedskim željeznicama (proizvodnja ASEA)

Distantna zaštita ima selektivnu vremenski karakteristiku sa 2 stepena prema slici 7.2.1.

Slika 7.2.1 Distantna zaštita sa selektivnom vremenskom karakteristikom

t – vrijeme djelovanja zaštite

t1 – vrijeme 1°

t2 – vrijeme 2°

l1 – zona 1°

l2 – zona 2°

Zaštita je ustvari trostepena jer pobudni organ poslije određenog vremena t3

djeluje također na isključenje. 1° se podešava prema uobičajenoj praksi na 80 – 90 % dionice. Zaštita ima zvonasti indukcioni mjerni relej na Ferarisovom principu (2 u slici 7.2.1). Relej u isto vrijeme mjeri impedansu i smjer. Relej ima četvoropolni magnetni sistem. U međuprostoru je smješteno okretno aluminijsko zvono. Osovina na kojoj je fiksirano zvono nosi pokretni kontakt. Polovi magnetnog sistema uzbuđuju se preko kalemova koji su priključeni na strujne i naponske krugove prema slici 7.2.2.

Slika 7.2.2 Priključak releja sa četvoropolnim magnetnim sistemom.

Z – mjerno usmjereni impedantni relej

S – pobudni organ sa signalizacijom S

T – vremenski relej

Θ – pomoćni relej za isključenje

SP – pomoćni relej mjerno usmjerenog organa

1,2 – mjerni transformatori

3 - međutransformator za podešenje opsega.

Motorni moment mjernog organa zavisi od samog pomaka između struje i napona. Kod izvjesnog odnosa struje i napona odnos je nula. Na slikama 7.2.3 i 7.2.4 data je u R-X ravni kada on djeluje u 1° i 2°. Šrafirane površine pokazuju djelovanje releja u 2°.

Iz slike je vidljivo da zaštita ima mogućnost rotiranja karakteristike oko ishodišta. To je dobra strana ove zaštite pošto se može izbjeći djelovanje luka, koji je redovno čisto omski, na korektno mjerenje distance. Podešenje 1° i 2° je dato isto da bi se istakla ova kvaliteta. U praksi 2° je duži od 1°.

Uređaj za rotiranje nije prikazan na slici 7.2.2. Rotiranje kruga oko ishodišta postiže se prekapčanjem u mjernim krugovima mjernog organa pomoću releja Θ. Da bi se osiguralo djelovanje zaštite i na vrlo bliske kvarove, kada napon trenutno pada skoro na nulu, naponski mjerni krug je rađen kao serijsko rezonantno kolo sa oscilacijama dovoljno dugim da relej ustanovi smjer kvara (pamćenje napona). Na taj način zaštita reagira i na kvarove sasvim blizu EVP-a.

Osnovno podešenje se vrši na strujnom krugu u 4 odcjepa u opsegu od otprilike 4 – 40 km voda.

Precizna podešenja se vrše na odcjepu transformatora 3 (slika 7.2.2). Na taj način

se dobiva skoro kontinuirano podešenje impedanse. Pobudni organ je član

(slika 7.2.5).

Slika 7.2.3 Djelovanje releja u 1° Slika 7.2.4 Djelovanje releja u 2°

Slika 7.2.5 Podešenje impedanse

1 - Sklopka za podešenje člana

2 – RC slog

3 – Nelinearni otpor koji pobudnom organu daje prekostrujni karakter

4 – Ispravljač, koji spriječava djelovanje releja na smanjenu struju

5 – Relej sa 2 namota obrnuto motana

6 – Signalni relej

Struja se transformira, ispravlja i dovodi na relej sa dva suprotno motana serijski vezana svitka (relej 5). Kondenzator je vezan paralelno na jedan svitak. Na nagli porast struje, u prvom trenutku kondenzator kratko spaja promjenu na jednom svitku. Radi toga dolazi do neravnoteže pa relej djeluje.

Relej može da radi i kao klasičan sa odgovarajućim podešenjem na regulacionom otporu (slika 7.2.5). Preklopkom 1 (slika 7.2.5) omogućeno je prespajanje strujnih opsega bez prekidanja strujnog kruga. Ako je kvar u 1° mjerni relej (slika 7.2.2) trenutno zatvara svoj kontakt. Pomoćni relej U djeluje i šalje isključnu komandu. Ovaj relej ima radi veće sigurnosti izvjesno samozadržavanje. U1 je signalni relej koji daje podatak o ovom djelovanju.

Vlastito vrijeme zaštite u 1° je 30-70 ms (t1 na slici 7.2). Ovo vrijeme zavisi od više faktora: veličine struje, udaljenosti greške itd.

Na greške u 2° mjerni relej reagira tek pošto je vremenski relej T uzbudio svoj pomoćni relej Θ, koji u naponskom krugu veže prekapčanja na veću proradnu vrijednost impedanse. U ovom slučaju uzbuđuju se također releji 1° i 2°: V1 i V2.

Kao što je već spomenuto u izvjesnim slučajevima nije moguće štititi drugi krak samo sa distantnom zaštitom, jer je impedansa voda veća nego radna impedansa. Treba

reći da je to kod vodova 50 Hz rijedak slučaj, u svakom slučaju član spriječava

neselektivno djelovanje kada radna impedansa pređe u područje podešenja zaštite.

Zaštita se radi sa 16 2/3 Hz (Švedska) i 50 Hz (Engleska). Oba releja su potpuno ista. Zaštita za 50 Hz – vuču (Engleska) ima kompenzaciju utjecaja paralelnih vodova, pošto je na britanskim željeznicama trebalo selektivno štititi u većini slučajeva dvokolosiječne pruge.

7.3 Distantna zaštita na britanskim željeznicama

Pored švedske zaštite razmatrane u prethodnom poglavlju, na brutanskim željeznicama u znatno većoj mjeri se koristi distantna zaštita domaće proizvodnje AEEI. Zaštita radi na poznatom principu mjerenja distance pomoću trostepene karakteristike. Pored toga u pravilu primjenjuje se ''fil pilot'' (pilot wire) kojom se postiže simultano otvaranje sklopki na oba kraja. Na taj način skraćuju se neugodno duga vremena 2°, povećava stabilitet rada koji je funkcija vremena isključenja. Skraćenim vremenom isključenja povećavaju se limitirane vrijednosti utjecaja kratkog spoja na susjede. (PTT,

naponi dodira, koraka itd.), a također može da se poveća sigurnost rada zaštite (direktni fil pilot).

Tipičan primjerak konfiguracije kontaktne mreže na britanskim željeznicama dat je na slici 7.3.1.

Slika 7.3.1 Tipičan primjerak konfiguracije kontaktne mreže na britanskim željeznicama

Primjena prekostrujne zaštite u ovakvoj mreži je ograničena iz dva osnovna razloga. Prvo: smjer energije nije jednoznačan, drugo sa strujno ovisnim stepenovanjem dobivaju se najduža vremena djelovanja na termički najopterećenijim mjestima. Pored toga mogući su paralelnim radom slučajevi kratkog spoja u kojima zaštita ni teoretski ne bi mogla selektivno da djeluje.

U energetskom sistemu ovi faktori mogu se riješiti korištenjem podužnih diferencijalnih zaštita sa fil-pilotom jer su potrošači prostorno fiksni. Pošto to kod željeznica nije slučaj nije moglo biti korišteno ovo rješenje kojim se u Britaniji rado služe. Da bi se ovaj problem riješio primijenjena je distantna zaštita sa ''fil-pilotom''. Primijenjena AEI zaštita ima tri osnovna sloga. Mjerni slog radi na balansnom principu u kome motorni moment daje strujni svitak, a kočni naponski svitak. Kod određenog prekoračenja struje (impedanse) relej zatvara svoj kontakt. Radi toga relej mjeri kvocijent

i reagira kada taj kvocijent padne ispod određene vrijednosti. Na taj način relej

mjeri distancu koja je u direktnoj proporciji sa . Vremenski relej vrši potrebna prekapčanja mjernih krugova i na poznat način formira stepenastu vremensku karakteristiku. Na slici 7.3.2 dat je tipičan plan stepenovanja za relaciju A-G.

Slika 7.3.2 Tipičan plan stepenovanja za relaciju A-G.

Radi jednostavnosti primjer je dat za jednokolosiječnu prugu, ali princip je isti i za višekolosiječne pruge.

Prva zona releja koji djeluje na sklopku A pokriva 85 % prve sekcije i greška npr. u mjestu X bit će eliminirana u vremenu 1°-og stepena. Greška u Y eliminirala bi se sa vremenom drugog stepena, ali pošto je to u domenu prvog stepena releja u C ovaj će biti brži i selektivno isključiti svoju sklopku. U slučaju da zataji relej u C, A relej će isključiti u 2°-om stepenu. Ovo razmatranje se odnosi na releje gledane sa lijeva na desno. Na isti način djelovat će releji sa desna na lijevo.

Drugi stepeni u osnovnoj dionici fil pilota svode se praktično na prvi stepen.

Djelovanje releja se vidi iz slike 7.3.3. Kod normalnog pogona motorni svitak impedantnog mjernog organa ZM1 je kratko spojen kontaktom pomoćnog releja usmjerenog organa XA, dok je naponski svitak mjernog organa ZM2 stalno uzbuđen. Usmjereni relej radi na principu MHO releja. Pretpostavimo da se desila greška unutar akcionog područja usmjerenog releja ZD. U tom slučaju će doći do pada napona i porasta struje što će prouzrokovati okretanje diska i zatvaranje kontakta ZD.

Zatvaranjem kontakta ZD uzbuđuje se pomoćni usmjereni relej XA koji se dalje sam zadržava. Krugom samopodržavanja postiže se sigurnost rada usmjerenog releja i u slučaju prijelaznih pojava izazvanih rezonancom.

Relej XA otvara svoj kontakt na kratko spojnom mostu releja ZM1 koji obavlja mjerenje impedanse u prvom stepenu.

Ako nije kvar u 1°, neće se desiti nikakvo isključenje sve dok vremenski relej, koji uzbuđuje istovremeno sa XA ne odmjeri vrijeme 2°. Po isteku ovog vremena XT zatvara svoj kontakt, koji uzbuđuje relej XB. Ovaj svojim kontaktom uključuje ZMV u radni svitak mjernog organa i na taj način dolazi do djelovanja zaštite u 2°. Ako i poslije ovoga ne dolazi do isključenja vremenski relej, slično kao u prvom slučaju, uzbuđuje relej XC, koji uključuje šent 2M5 i na taj način dolazi do djelovanja 3°.

ZD - usmjereni relej

YT1, YT2 - pomoćni međutransformatori

XA - pomoćni relej 1°

XB - pomoćni relej 2°

XC - pomoćni relej 3°

XT - vremenski relej

XP - relej fil pilota

XF1, XF2 , XF3 – signalni releji

TC - isključni svitak sklopke

AS - kontakter sklopke

ZD - usmjereni relej

ZM - mjerni relej.

Slika 7.3.3 Djelovanje releja

Isključni kontakt releja ZM djeluje u sva tri slučaja prorade. Signalni releji XF1, XF2 i XF3 daju indikaciju prorade. Prednost njihove veze preko XB i XC (slika 7.3.3) je u tome da samo jedan od njih djeluje kod prorade. Ovo je još osigurano i njihovom mehaničkom blokadom.

7.3.1 Princip mjerenja impedanse

Pogonski moment usmjerenog releja je proporcionalan proizvodu . Pri čemu je U napon, I struja na releju, a φ fazni ugao između

napona U i struje I. Ako je greška vrlo blizu sklopke, napon a time i moment pada praktično nanulu. Da bi se to izbjeglo sa naponskim svitkom ZD2 usmjerenog releja na seriju je vezan kondenzator, koji izvjesno vrijeme ''pamti'' zdravi pogonski napon, ako se napon uzima sa strane prekidača, prema mreži nema napona, koji bi mogao da se ''pamti'', pa bi u tom slučaju došlo do zatajenja zaštite.

Pošto u tom slučaju kriterij smjera nije važan potrebno je premostiti usmjereni relej pomoćnim kontaktom od prekidačevog ''bliskog kontaktora''. U ovom slučaju djeluje mirni relej praktično samo kao prekostrujni član.

Na slici 7.3.4 data je karakteristika pobudnog releja koji je u isto vrijeme pobudni organ. Relej, kao što se vidi, radi na MHO principu. Na slici 7.3.4 je vidljivo da je malo vjerovatno da pogonska impedansa i kod vršnih opterećenja padne u područje prorade usmjerenog releja. Na ovaj način postignuta je visoka pogonska sigurnost.

U slučaju drugih teško opterećenih vodova zaštiti se dodaje još jedan član koji

po poznatom kriteriju razlikuje pogonsko opterećenje i kvar.

Slika 7.3.4 Karakteristika pobudnog releja koji je u isto vrijeme pobudni organ

7.4 Sistemi distantne zaštite na sovjetskim elektrificiranim željeznicama

7.4.1 Zaštita monofazne kontaktne mreže K2F-1

U osnovi zaštita se sastoji od prekostrujnog releja RT i kombiniranog impedantnog releja.Kombinovani impedantni relej u svom sastavu ima pomoćni slog i dva impedantna releja blokirajući 1 RS i usmjereni 2 RS.

Slika 7.4.1.1 Zaštita monofazne kontaktne mreže K2F-1

Kao prekostrujni relej koristi se relej tipa RT 50. Ovaj relej je elektromagnetnog tipa sa reduciranim vibracijama. Impedantni relej IMB je standardni indukcioni relej. Radne karakteristike releja 1 RS i 2 RS snimljene za razne vrijednosti podesivih parametara i u % date su na slici 7.4.1.2. Karakteristika releja 1 RS je pravac nagnut prema R-osi pod uglom i udaljen od ishodišta X-R ravni za u ohmima.

Ova karakteristika je definirana izrazom:

- impedansa djelovanja releja za ugao

- fazni ugao

- minimalna impedansa prorade

Slika 7.4.1.2 Radne karakteristike releja 1 RS i 2 RS

U normalnom radu, pri opterećnju upotrebljava se dodatni relej koji koristi moment viših harmonika struje i napona da bi spriječio djelovanje zaštite na visoko opterećenje. Relej radi na bazi ranije diskutirane razlike u prisustvu viših harmonika kod kratkog spoja i pogonskog opterećenja.

Regulacija podešenja releja 1 RS vrši se preko odcjepa na primaru transformatora T. Opseg podešenja je u granicama od 5 – 12 Ω kaskadno u odcjepima. Vrijeme djelovanja releja ne prelazi 0,4 s.

Relej 2 RS ima karakteristiku standardnog usmjerenog releja, tj. krug koji prolazi kroz ishodište da dijametrom . Karakteristika djelovanja releja 2 RS je data jednačinom

gdje je

- impedansa prorade releja pri uglu 0

- fazni ugao

- dijametar kružne karakteristike releja

- maksimalni ugao osjetljivosti koji za relej 2 RS iznosi (65° + 4°).

Podešenje releja 2RS (2 pr max) vrši se strujnim i naponskim odcjepima (promjenom broja navoja u procentima U% na autotransformatoru Ta) upotrebom jednog strujnog navoja (stezaljke 25 – 27) i reguliranjem U% na autotransformatoru mogu se dobiti vrijednosti 2 pr max u opsegu od 5 – 50 Ω. Upotrebom dva strujna navoja (stezaljke 25 – 2a) dobiva se dvostruki opseg.

Zaštita ima dva stepena radi čega je transformator TA izveden sa dvostrukim odcjepima (I i II na slici 7.4.1.1).

Da bi relej djelovao sigurno i na bliske kvarove, ugrađen je polarizirajući slog koji ostvaruje naponsku rezonancu kod 50 Hz i na taj način smanjuje ''mrtvu zonu'' releja. Vrijeme djelovanja člana 2 RS je reda 0,07 – 0,12 s.

K2F1 se daje i u dvostepenoj varijanti. na slici 7.4.1.3 je dat za taj slučaj primjer podešenja i unutrašnja veza zaštite. Ova varijanta K2F1 se primjenjuje na dionicama koje

fali stranica

U tom slučaju zaštita radi kao i u 1°. Kada istekne vrijeme 1° zatvaraju se pomoćni kontakti RV2, aktivira se relej RP2-1 koji prekapča podešenjw na releju 2RS sa 1° na 2°. To izaziva djelovanje releja 2RS i njegovog pomoćnog releja RPV koji kontaktom RPV1 isključuje prekidač.

Nepotrebno djelovanje zaštite na preopterećenje je onemogućeno korektnim podešenjem releja 1RS. Nepotrebno djelovanje releja na preopterećenje poslije prolaznih kvarova u 2° je malo vjerovatno jer tada dolazi do oštrog pada napona, a time i opterećenja.

7.4.2 Dvostepena distantna zaštita K2F2

Distantna zaštita KZF2 je dvostepena zaštita sa niskim vremenima djelovanja. Na slici 7.4.2.1 data je principijelna shema djelovanja.

Pri pojavi kvara porast struje u napojnom vodu izaziva djelovanje releja RID. Vlastito vrijeme ovog releja je ispod 0,05 s. Prema shemi relej se sastoji od strujnog transformatora ST sa odcjepima za regulaciju, ispravljačkog mosta, ispravljačkog filtra koji se formira od kondenzatora C1 i prigušnicom L.

Slika 7.4.2.1 Principijelna shema djelovanja distantne zaštita KZF2

Rp je regulacioni slog za podešenje polarizacionog releja RP koji je šentiran diodom D i preko kondenzatora C2 priključen na most V. Kod naglog skoka struje dolazi do nabijanja C2 i aktiviranja RP. Struja nabijanja proporcionalna je struji kratkog spoja ako se postignu povoljni odnosi parametara releja RP, otpora Rp i C2. Dioda D sprječava pražnjenje kondenzatora preko releja RP, kondenzator se prazni preko otpora Rp u dosta kratkom vremenu, tako da je relej Rp brzo spreman za ponovno djelovanje na ''pozitivni'' skok struje.

U zaštiti KZF2 opisani RID relej, sa svim svojim prednostima ima ulogu pobudnog organa, a relej RS mjernog organa u 1° i 2°. Ako kratak spoj leži u području 1° sa RID relejom djeluje i RS relej i izaziva isključenje prekidača. RS relej riješen kao u RF 21 ima klasičnu karakteristiku usmjerenog impedantnog releja.

7.5 Distantna zaštita na zapadno njemačkim željeznicama

7.5.1 Distantna zaštita proizvodnje Siemens

Distantna konduktantna zaštita RK 4a je predviđena za primjenu na srednje naponskim tro i jednofaznim mrežama 50 Hz, 10 – 50 kV. Zaštita ima standardne selektivne mogućnosti 3 zone djelovanja i niska vremena prorade. Otpor mjeri se na poznat kvocijentni način uspoređujući struju i napon. Postoji više mogućnosti reda organa:

1. Mjerenje pada prividnog otpora

2. Mjerenje povećanja prividne vodljivosti

3. Djelovanje na pad radnog otpora

4. Djelovanje na povećanje konduktanse

5. Djelovanje na pad reaktanse

6. Djelovanje na povećanje susceptanse

Mjerni organ je klasična vaga

Slika 7.5.1.1 Mjerni organ

Na oba kraja relejne vage djeluju elektromagnetne sile strujnog i naponskog svitka. Vaga je u ravnoteži ako su momenti sila jednaki. Strujna strana vage otvara kontakte, a naponska strana koči. Da bi se kontakt otvorio ili zatvorio potrebo je sasvim malo prekoračenje ravnotežne vrijednosti lijeve ili desne strane.

Sila na naponskoj strani vage je:

Sila na strujnoj strani vage je:

Ravnoteža je kod

Umjesto ovog elektromehaničkog principa vage Siemens u svojim rješenjima radije upotrebljavaju čistu električnu vagu, sa strujama ispravljenim u Graetzovom spoju i diferencijalnim relejom prema slici 7.5.1.2.

Princip releja je vidljiv iz slike ako obje strane električne vage jednake, kroz diferencijalni relej Dr ne teče struja. Ako poraste jedna ili druga struja, kroz relej će proteći istosmjerna struja odgovarajućeg smjera. Na ovu struju će da reagira diferencijalni relej ( I), koji radi na principu polariziranog releja.

Slika 7.5.1.2 Graetzov spoj i diferencijalni relej

Zatvaranje kontakata obavlja se na istom principu kao i kod elektromehaničke vage. Uzimajući u obzir visokonaponsku transformaciju odnosi su:

(1)

(2)

Struja je u naponskog grani, pri čemu je r podesiv otpor u naponskom krugu. Dijeljenjem (2) i (1) dobiva se ravnoteža releja za uslov:

Ako relej, tj. mjesto mjerenja stavimo u ishodište R-X ravni dobiva se karakteristika releja na impedantnom principu (slika 7.5.1.3).

Slika 7.5.1.3 Proradna karakteristika releja.

OK – impedansa kvara bez luka

OK' – impedansa kvara sa utjecajem luka (K – K')

Na slici 7.5.1.3 su dati poznati principi impedanse voda i radne karakteristike releja. U slučaju, kada u električnoj vagi prevladava strujna strana ''i'' radna tačka pada unutar kruga. Diferencijalni relej zatvara svoj kontakt. U slučaju kada prevladava naponska strana ''e'' radna tačka pada izvan kruga. Diferencijalni relej blokira rad zaštite.

Dok je induktivni otpor konstantan radni otpor je promjenljiva radi obično nepoznatog i promjenljivog otpora luka. Iz slike je vidljiv utjecaj luka na djelovanje releja. U krajnjem slučaju moguće je da otpor luka ''izvede'' radnu tačku iz kruga pa relej i pored kvara na kontaktnoj mreži neće djelovati.

7.5.1.1 Konduktantni princip

Na slici 7.5.1.4 prikazan je konduktantni princip. Ako se struja ''i'' magnetski spregne na naponskoj strani sa naponom ''e'' očigledno je da će struja uvijek da blokira ako su struja i napon istog smjera. Transformator TB na strani blokiranja ima 2 primara napajana iz sekundara strujnog i naponskog mjernog transformatora. Na sekundaru TB formira se geometrijska suma i vektora.

Slika 7.5.1.4 Konduktantni princip

Iz ovog razmatranja vidljivo je da je ovakva kombinacija ovisna i od jednofaznog položaja ''e'' prema ''i''. U slučaju kada je ''e'' u protufazi prema ''i'' smanjuje se sekundarna struja na strani blokiranja.

Ako je ova razlika manja od ''i'' na strani djelovanja relej prorađuje. Ako se, kao na slici 7.5.1.5 u osi stavi vektor ''i'' onda je krug geometrijsko mjesto tačaka u koji padaju vrhovi vektora napona ''e'' za sve vektore kod kojih je vektorska razlika . Centar ovog kruga je pomjeren za ''i'' prema ishodištu R-X ravni. Relej je prema tome smješten u ishodištu a mjerenje se odvija na pravcu . I slike je vidljivo da je pošto prolazi krug kroz ishodište ostvaren i kriterij smjera.

Slika 7.5.1.5 Mjerenje na pravcu .

7.5.1.2 Mjerenje smjera

Ako se za mjerenje smjera upotrijebe transformatori prema slici 7.5.1.6 na strani djelovanja releja se dobije geometrijska suma, a na strani blokiranja geometrijska razlika između ''e'' i ''i''.

Slika 7.5.1.6 Mjerenje smjera

Ravnoteža nastupa samo onda kada je apsolutno jednaka geometrijska razlika struja ''e'' i ''i'' na jednoj i suma na drugoj strani diferencijalne vage. Iz slike 7.5.1.7 je vidljivo da je razlika najveća za φ = 0° a jednaka 0 za φ = 90°.

Slika 7.1.5.7 Ravnoteža diferencijalne vage.

Siemens radi zaštitu više varijanti jedno, dvo i trofazna sa i bez pomaka fazne karakteristike. Mjerenje konduktanse se vrši u tri stepena. Pobudni organi su prekostrujni releji, koji se koriste kao rezervna zaštita. Najkraće vrijeme releja je 0,08 - 0,1 s. prorada se kontinuirano podešava, a konduktansa u odcjepima za _ _ _ i grubo podešenje. Usmjerenje zaštite se može mijenjati _ _ _ preklopkom.

7.5.2 Distantna zaštita proizvodnje AEG

Zaštita mjeri impedansu pomoću električne vage prema slici 7.5.2.1.

Slika 7.5.2.1 Zaštita mjeri impedansu pomoću električne vage

Reducirana struja I' i napon U se dovode na ispravljačke mostove Gd1 i Gd2. Lijeva strana vage je motorna, desna kočna. Ako u električnoj vazi preteže desna strana zatvoren je kontakt Z2 releja Z koji je građen kao vrlo osjetljiv relej sa svitkom. Ako je lijeva strana motorna snaga jača zatvara se Z1 kontakt.

Prema tome, relej mjeri kvocijent . Iz slike je vidljivo da relej djeluje na

pad impedanse ispod određene vrijednosti. Naponska kočna strana je riješena tako da relej djeluje na dva pada impedanse: na veći pad (tzv. osnovnu impedansu) i manji pad (impedansu 2°).

Na taj način relej dobiva stepenastu radnu karakteristiku, sa minimalnim vremenom u 1° i proradnim vremenom u 2°.

Usmjereni organ zaštite radi kao i mjerni na istom principu obrtnog svitka. Na slici 7.5.2.2 prikazan je rad usmjerenog organa.

Slika 7.5.2.2 Rad usmjerenog organa

U mostovnom spoju uspoređuju se apsolutne vrijednosti (U + I) i (U-I). Dobivanje vektorske razlike i sume dobiva se pomoću međutransformatora sa 3 namota.

Na taj način relej u diferencijalnoj grani može da reagira na svaku promjenu smjera struje u odnosu na napon. Kontakti ovog releja djeluju u smjeru blokiranja ako struja odnosno energija ide u smjeru sabirnica EVP-a. Ovaj kontakt je vezan u seriju sa 2 kontakta mjernog organa.

Za korektan rad zaštite u kontaktnoj mreži uspoređuju se srednje vrijednosti struje i napona. Za usporedbu srednjih vrijednosti potrebna je najmanje jedna perioda. Da bi uklonila taj nedostatak mjernog sistema firma AEG je u strujnu granu ubacila prigušnicu sa argumentom kratkog spoja mreže. Time su dovedeni u fazu struja i napon, što je uslov za poređenje njihovih trenutnih vrijednosti. Na taj način na minimum je skraćeno vrijeme mjerenja impedanse.

Kao što je ranije rečeno mjerni i usmjereni relej rade na istom principu i konstruktivno su vrlo slični. Kod oba postoji problem niskog kontaktnog pritiska, pošto rade u području niskih proradnih vrijednosti. Kod usmjerenog releja ovo može da bude značajan nedostatak pošto od toga zavisi širina ''mrtve'' zone zaštite. Da bi se to svelo na minimum pribjegnulo se rješenju prema slici 7.5.2.3.

Slika 7.5.2.3

fali stranica

8. Prikaz releja ugrađenih u postrojenjima monofaznog sistema 25 kV, 50 Hz

Za zaštitu kontaktne mreže u monofaznom sistemu vuče na pruzi Tovarnik – Preševo primijenjena je kombinacija distantne (admitantne), prekostrujne i podnaponske zaštite, sa primjenom tehnike automatskog ponovnog uključivanja.

Kao osnovna zaštita kontaktne mreže primijenjena je distantna monofazna zaštita. Relej je admitantni, tipa RMY 210 i ima samo osnovno vrijeme djelovanja od oko 20 ms, tj. nema stepenastu vremensku karakteristiku. Da bi se postigla izvjesna vremenska zadrška dodan je i vremenski relej RT 210, preko kojega admitantni relej daje komandu za isključenje prekidača.

Na distantnom releju RMY 210 ugrađeno je i LC kolo za pamćenje napona (tzv. ''memoire'') tako da zaštita bude sposobna da djeluje i kod kratkih spojeva u neposrednoj blizini stanice, kad napon padne praktički na nulu.

Detaljnije karakteristike distantnog releja RMY 210 opisane su u ''Upustvu za održavanje relejne zaštite''.

Zona djelovanja distantnog releja ovisi o podešenju proradne impedanse. Uz prijenosni odnos strujnih transformatora 300/5 A i naponskih 25/0.1 kV, zona dostizanja releja kod minimalno mogućeg podešenja (10 Ω) iznosi:

što kod jednostrukog kolosjeka (0,5 Ω/km) odgovara zoni:

a kod dvostrukog kolosjeka, sa jediničnim otporom od oko 0,3 Ω/km

Kod spoja strujnih transformatora na 150/5 A zone dostizanja daljinskog releja su dvostruko veće, tj. oko 167 km kod jednostrukog, a 278 km kod dvostrukog kolosjeka.

Pošto distantni relej ima ugrađen član za pamćenje napona, on nema mrtve zone djelovanja kod bliskih kratkih spojeva, tj. zaštita treba da djeluje korektno i kod direktnog metalnog kratkog spoja na izlazu iz EVP-a, kad napon padne praktički na nulu. Pošto je relej priključen na naponski transformator na sabirnicama 25 kV to naponski svitak releja ima napon i prije uključivanja voda koji je prethodno ispao iz pogona ili je namjerno bio isključen. Prema tome, zaštita bi trebala da djeluje korektno i kod uključenja voda na kojem postoji bliski kratki spoj.

Pošto je, prema projektu, admitantnom releju dodan vremenski relej RT 210, zaštita kao cjelina ne može u takvim slučajevima djelovati korektno, jer član za memoriju nije u stanju da napon pamti 0,5 sekundi, koliko iznosi vremenska zadrška.

Prema tome, uz dodatne vremenske releje RT 210 daljinska zaštita može zatajiti kod bliskih kratkih spojeva. Da bi se ovaj nedostatak uklonio i da bi se postigla izvjesna rezerva, ugrađena je pored daljinske i prekostrujna momentalna zaštita. Releji su francuske proizvodnje tipa RMA 421, nominalne struje 20/40 ili 30/60 A. Kontakti releja u slučaju njegove prorade djeluju momentalno na isključenje prekidača i na signalizaciju.

Proradna struja prekostrujnih releja podešava se tako da bude veća od maksimalnih struja koje se mogu pojaviti u pogonu (grubo prolaženje lokomotiva, istovremeno prolaženje više lokomotiva, velika frekvencija saobraćaja i slično). S druge strane, proradna struja treba da bude manja od minimalne struje kratkog spoja. Zona dostizanja ove zaštite ovisi prema tome o karakteru i opterećenosti saobraćaja i o iznosu struje kratkog spoja na promatranom mjestu.

Da bi se omogućilo brzo i selektivno isključenje kvara i u slučajevima kad se iz jedne EVP napaja cijela dionica do susjedne EVP, u postrojenjima za sekcionisanje ugrađeni su momentalni podnaponski releji, koji djeluju na isključenje prekidača za sekcionisanje voda. Releji su francuske proizvodnje tipa RMV 430. ovo su ustvari nadnaponski releji. Da bi se izbjegla zamjena, izvršena je rekonstrukcija ovih releja (zamjena radnih kontakata sa mirnima i umjeravanje skale releja). Podnaponski releji ugrađeni su u svim PS-ovima i PSN-ovima. Osim ovih releja ugrađeni su i podnaponski releji ''Iskra'' tipa UR3, koji služe za signalizaciju beznaponskog stanja stanice.

Pošto je većina kvarova u vazdušnim mrežama prolaznog karaktera, primjenjeno je automatsko ponovno uključivanje vodova. Uređaj za jednopolno automatsko ponovno uključivanje je kombinacija:

- vremenskog releja RT 210, podesivog od 0,5 do 10 ili 0,25 – 5 s,

- vremenskog releja RT 811 s fiksnim vremenskim zatezanjem od oko 15 min (staklena ampula sa živom),

- 2 pomoćna releja RE 300 i

- brojača impulsa CI5.

Uređaj za APU pobuđuje se dobivanjem impulsa od zaštite. Istovremeno se pobuđuju oba vremenska releja VRA i VRB. Relej VRA istovremeno blokira prijem novih impulsa sa zaštite za vrijeme 15 min, tj. sve dok se ne zatvore kontakti releja VRA. Relej VRB nakon isteka podešenog vremena daje komandu za uključenje preko pomoćnih releja PRC i PRD (vidi sliku 8.1). Time se preko releja PRD izvrši deblokiranje uređaja, tj. otpuštaju releji VRA i VRB. Nakon 15 minuta vraća se u početni položaj i mirni kontakt releja VRA i uređaj je spreman za ponovni ciklus APU. Brojač BI registrira broj impulsa. U slučaju prolaznog kvara prekidač se prema tome automatski uključuje nakon isteka podešene beznaponske pauze. Ukoliko se radi o trajnome kvaru kod pokušaja uključenja zaštita ponovo isključuje prekidač. Impuls sa zaštite međutim ne dolazi na vremenske releje VRA i VRB jer je otvoren mirni kontakt releja VRA.

Sli

ka 8

.1 S

hem

a dj

elov

anja

zaš

tite

i po

novn

og u

klju

čenj

a na

izvo

du 2

5 kV

.

Isključenje je u tom slučaju definitivno.

Nedostatak opisanog uređaja za ponovno uključivanje je što nije izvedeno blokiranje rada uređaja kod namjernog uključenja izvoda (nakon neuspjelog APU ili nakon dovršetka radova na mreži). U slučaju postojanja kvara na izvodu koji se uključuje ručno ili daljinski zaštita će djelovati na isključenje, a uređaj za APU će ponovo pokušati uključiti prekidač. To predstavlja nepotrebno naprezanje prekidača i cijelog strujnog kola. potrebno bi bilo izvršiti rekonstrukciju uređaja u tom smislu da APU ne djeluje kod ručnog uključenja izvoda. Rješenje je vrlo jednostavno, jer se uključivanje prekidača vrši preko sklopnika SUP. Preko slobodnog para kontakata ovog sklopnika ili direktno sa preklopke za uključenje treba dovesti impuls za uključenje na relej PRC, koji će, preko releja PRD spriječiti ciklus ponovnog uključivanja. Na slici 8.1 crtkano je prikazan ovaj spoj.

Automatsko ponovno uključivanje primijenjeno je na izvodima 25 kV u EVP-ovim i na prekidačima u PS-ovima.

Na slici 8.1 prikazana je shema djelovanja zaštite i APU na izvodima u EVP-u. Na isključenje prekidača djeluju admitantna zaštita Y i prekostrujna zaštita J. Admitantna zaštita djeluje preko vremenskog releja VRY, a prekostrujna zaštita djeluje direktno na pomoćni relej PRIY. Kontakt ovog releja djeluje na aktiviranje sklopnika za isključenje prekidača SIP, a njegov kontakt za aktiviranje elektromagnetnog okidača ''IZ'' prekidača. Drugi par kontakata releja PRJY djeluje na aktiviranje releja VRA i VRB i brojača BI u uređaju za ponovno uključivanje. Preko radnog kontakta releja VRA i mirnog kontakta releja PRD releji VRA i VRB ostaju pobuđeni i nakon isključenja prekidača i otvaranja kontakta PRJY. Nakon isteka podešenog vremena beznaponske pauze (5-10 s) relej VRB

zatvara kontakt i aktivira PRC. Ovaj djeluje na pobudu sklopnika za uključenje prekidača SUP, koji preko svoga kontakta aktivira elektromagnet za uključenje ''U''. Drugim parom kontakata relej PRC aktivira relej PRD. Time se preko mirnog kontakta releja PRD prekida napajanje releja VRA i VRB i oni otpuštaju. Uređaj međutim ostaje blokiran još oko 15 minuta dok se ne zatvori mirni kontakt releja VRA. Svaka komanda za isključenje prekidača od strane zaštite, koja bi došla u tom vremenu (na primjer, trajni kvar ili pokušaj uključenja voda) djelovala bi na definitivno isključenje prekidača, jer je mirni kontakt VRA releja otvoren.

Na slici 8.2 prikazana je shema djelovanja zaštite i APU u stanicama PS. Kod pada ili nestanka napona podnaponska zaštita zatvara kontakt U. Jedan par kontakata djeluje na aktiviranje sklopnika za isključenje prekidača SIP koji djeluje na elektromagnet za isključenje ''IZ''. Drugi par kontakata djeluje na aktiviranje uređaja za ponovno uključivanje, tj. pobudu releja VRA i VRB. Ciklus APU je identičan kao i kod izvoda u EVP-u, tj. nakon beznaponske pauze dobije se komanda za uključenje preko lanca VRB-PRC-SUP-''U''.

Ciklus ponovnog uključenja može u ovom slučaju biti uspješan samo ako u PS-u postoji napon, tj. ako je kontaktna mreža do PS-a pod naponom a napajanje se vrši prema normalnom uklopnom stanju iz odgovarajuće EVP. Ukoliko nema napona, uređaj za APU nakon 5-10 s daje nalog za uključenje prekidača, ali on odmah isključuje, jer podnaponski relej drži stalno pripremljenu komandu za isključenje.

Sli

ka 8

.2 S

hem

a dj

elov

anja

pre

napo

nske

zaš

tite

i po

novn

og u

klju

čenj

a na

pre

kida

čim

a u

PS

-ovi

ma

Nedostatak opisanog rješenja je i u tome, što uređaj za APU dobiva stalno plus pol za aktiviranje u slučaju da je kontaktna mreža isključena zbog radova ili kvara. Podnaponski relej je naime otpušten i kontakt U zatvoren. Svakih 15 minuta uređaj se deblokira i dobiva impuls za pobudu tj. neuspješno pokušava uključiti prekidač. Takav rad štetan je i za prekidač i za same vremenske releje uređaja. Zbog toga bi impuls za pobudu uređaja trebalo dovesti preko signalnog kontakta prekidača i to tako da zaštita može dati impuls za pobudu uređaja samo kad je prekidač uključen (preko crtkano prikazanog kontakta P prekidača, koji je zatvoren kad je prekidač uključen).

U slučaju kvara u neposrednoj blizini stanice mjesta kvara K1, odnosno na dionici EVP-PS momentalno djeluje prekostrujna zaštita u EVP-u 1 i isključuje prekidač nakon otprilike 0,1 s, tj. u sopstvenom vremenu. Ako je napajanje radijalno, istovremeno isključuju prekidači u svim PS-ovima i PSN-ovima zbog djelovanja podnaponske zaštite. Nakon isteka beznaponske pauze uređaji ua automatsko ponovno uključivanje uključuju prekidače. Pošto je beznaponska pauza u EVP-ovima manja od beznaponske pauze u u PS-ovima to najprije uključuje prekidač u EVP-u, daje napon stanici PS, podnaponski relej otpušta kontakte i nakon toga njegov uređaj za APU vrši uključenje prekidača.

Djelovanje zaštite kod kvara na mjestu K2 ovisi o zoni djelovanja prekostrujne zaštite. Ukoliko su struje kratkog spoja velike, ili relej podešen osjetljivo, djelovanje zaštite će biti isto kao u prethodnom slučaju, tj. djelovati će prekostrujna zaštita u EVP-u i podnaponska u PS-u, s naknadnim ponovnim automatskim uključenjem. Ako struja kratkog spoja nije u stanju da pobudi prekostrujni relej u EVP-u djelovat će samo podnaponska zaštita u PS-u i isključiti vlastiti prekidač. Dio voda EVP_PS ostaje i dalje pod naponom, a nakon isteka podnaponske pauze uključuje se i prekidač u PS-u.

Iz ovoga se vidi da u normalnom uklopnom stanju kad se iz pojedinih EVP-ova napaja radijalno mreža do susjednih PSN-ova, distantna zaštita služi samo kao rezervna zaštita za slučaj zatajenja prekostrujne ili podnaponske zaštite, koje predstavljaju osnovnu zaštitu napojnog voda.

8.1 Zaštita transformatora snage 110/27,5 kV

Transformatori u EVP-ovima štićeni su sljedećim zaštitama:

- prekostrujna zaštita

- kotlovska zaštita

- plinska zaštita (Bucholz)

- zaštita od preopterećenja transformatora

8.1.1 Prekostrujna zaštita

Prekostrujna zaštita priključena je na strujne transformatore 2 x 100/5 A na strani 110 kV transformatora. Ona predstavlja kombinaciju prekostrujnog releja RMA 420 i vremenskog releja RT 210. Prekostrujni relej prespojiv je na nominalnu struju 5/10 A i podesiv u granicama 0,6 – 1,2 In, što daje mogućnost podešavanja proradne struje od 3 do 12 A. Vremenski relej podesiv je u granicama 0,25 – 5 s ili 0,5 – 10 s. Kod prekoračenja podešene struje aktivira se prekostrujni član, a nakon isteka podešenog vremena vremenski relej daje komandu za isključenja prekidača.

Ova zaštita predstavlja osnovnu zaštitu za slučaj kratkog spoja na sabirnicama 25 kV i rezervnu zaštitu za slučaj zatajenja prekostrujne i admitantne zaštite kod kratkog spoja u mreži 25 kV. Proradna struja zaštite treba da je veća od maksimalno moguće pogonske struje, tj.

gdje je:

- maksimalna pogonska struja (npr. kod maksimalnog saobraćaja i ispada iz pogona jednog transformatora)

- omjer otpuštanja releja (oko 0,85)

- prijenosni odnos strujnih transformatora.

S druge strane, proradna struja treba da je manja od minimalne struje kratkog spoja na kraju rezervne zone djelovanja zaštite.

Koeficijent osjetljivosti zaštite definiran kao:

treba da je veći od 1,4 kod kratkog spoja na sabirnicama, a od 1,2 kod kratkog spoja iza prve PS.

Na transformatorima 110/27,5 kV ugrađeni su strujni transformatori 2 x 100/5A. Transformatori snage za napajanje kontaktne mreže izvedeni su tako da izdrže znatno kratkotrajno preopterećenje. Zbog toga su strujni transformatori spojeni na 200/5A, a prekostrujna zaštita podešena je na 0,4 A. Prema tome zaštita prorađuje kod primarne struje 160 A na strani 110 kV, odnosno 650 A na strani 25 kV. Ovako visoko podešenje proradne struje (oko 2,45 In transformatora) garantira da zaštita neće djelovati nepotrebno ni kod maksimalnog saobraćaja, čak i kad je u pogonu samo jedan transformator. S druge strane zaštita sigurno djeluje kod kratkih spojeva u mreži jer su struje kratkih spojeva u zoni djelovanja zaštite reda 2000A.

Vremenska zadrška treba da je takva da omogući selektivno djelovanje zaštite na odvodima 25 KV. Pošto je vremenski relej admitantne zaštite podešen na 0,5 s, minimalno podešenje vremenskog releja prekostrujne zaštite može biti 1,0 s, ako se vrši redovno periodično ispitivanje zaštite, u suprotnom 1,5 s.

8.1.2 Kotlovska zaštita

Kotlovska zaštita služi za zaštitu transformatora od proboja izolacije prema masi transformatora. Pošto je mreža 110 kV direktno uzemljena, a i jedan pol transformatora na strani 25 kV također to svaki proboj izolacije prema uzemljenim dijelovima predstavlja jednopolni kratki spoj. Kotao transformatora je, prema slici 8.4, izoliran od zemlje betonskim temeljem i izolacionim ulošcima i uzemljen je preko strujnog transformatora 150/5 A. Na sekundar ovog transformatora priključen je momentalni prekostrujni relej RMA 410 nominalne struje 2,5/5 A, podesiv u granicama 0,6 – 1,2 In.

U normalnom pogonu kroz strujni transformator ne teče struja. U slučaju proboja izolacije (mjesto K1) struja kratkog spoja zatvara se preko kotla i strujnog transformatora i dovodi do djelovanja prekostrujnog releja.

Slika 8.4 Kotao transformatora, izoliran od zemlje betonskim temeljem i izolacionim ulošcima i uzemljen je preko strujnog transformatora

Kod kratkih spojeva, u mreži 25 kV veći dio struje zatvara se preko uzemljivača (puno izvučena strelica K2). Ukoliko otpor uzemljenja kotla transformatora nije dovoljno velik dio struje se zatvara preko kotla i strujnog transformatora (crtkane strelice) što može da dovede do nepotrebnog djelovanja releja. Da bi se to izbjeglo zaštita se ne podešava suviše osjetljivo. Podešenje zaštite na nominalnu struju 2,5 A (spoj S-S), daje primarnu proradnu struju od 75 A, što je sasvim dovoljno osjetljivo za slučaj proboja izolacije na strani 110 ili 25 kV transformatora. Ukoliko otpor uzemljenja transformatora preko kotača i temelja nije dovoljno velik, te se pojavi nepotrebno djelovanje zaštite kod kratkih spojeva u mreži 25 kV, može se povećati proradna struja zaštite podešenjem na skali releja ili prespajanjem na nominalnu struju od 5A (spoj P-P). Zaštita djeluje na isključenje prekidača 110 i 25 kV.

8.1.3 Plinska zaštita (Bucholz)

Plinska zaštita (Bucholz) služi za zaštitu transformatora od kratkih spojeva i ostalih kvarova unutar kotla transformatora. Ona predstavlja komoru sa dva plovka smještenu u spojnom cjevovodu između kotla i konzervatora. Ukoliko iz bilo kojih razloga dođe do kvara u unutrašnjosti kotla transformatora (lokalni proboji, lokalno pregrijavanja i slično) dolazi do rastvaranja ulja i pojave plinova koji se skupljaju u releju, što dovodi do aktiviranja gornjeg plovka i zatvaranja kontakata koji djeluju na signalizaciju pojave plina. Ukoliko dođe do kratkog spoja u transformatoru, dolazi do jakog strujanja plinova i ulja iz kotla prema konzervatoru, što dovodi do aktiviranja donjeg plovka i djelovanja releja na isključenje oba prekidača. zaštita djeluje i u slučaju da transformator ostane bez ulja, na primjer, zbog procurivanja kotla transformatora.

8.1.4 Zaštita od preopterećenja transformatora

Zaštita od preopterećenja transformatora riješena je pomoću kontaktnog termometra koji mjeri temperaturu najtoplijeg sloja ulja u transformatoru. Ako temperatura dosegne 80 °C zaštita djeluje na signal, a kod 90 °C na isključenje transformatora. Prorade temperature mogu se podešavati u širokim granicama. S obzirom na karakter opterećenja električne vuče, ova zaštita nema većeg značaja, jer su praktički nemoguća dugotrajna preopterećenja transformatora.

9. Djelovanje ugrađenih releja kod različitih uklopnih stanja monofaznog sistema električne vuče

Normalan slučaj napajanja monofaznog sistema električne vuče na jednokolosiječnoj pruzi prikazan je na slici 9.1. Iz elektrovučne podstanice napaja se kontaktna mreža do prvog PS-a, a dalje preko uključenog prekidača do PSN-a. Prekidač u PSN-u je normalno uključen. U EVP-u može u pogonu biti jedan ili dva transformatora. Sa istih sabirnica 25 kV napaja se normalno i drugi krak, prema drugom PSN-u. Na slici su označeni i zaštitni uređaji i uređaji za APU.

Slika 9.1 Djelovanje zaštite kod normalnog načina napajanja kontaktne mreže na jednokolosiječnim prugama

Kod prolaznog kvara na mjestu K1 djeluje momentalno prekostrujna zaštita u EVP-u na odvodu prema PS1 i isključuje svoj prekidač. Zbog nestanka napona istovremeno djeluje i podnaponska zaštita u PS1, a zbog jakog pada napona za vrijeme trajanja kratkog spoja djeluje i podnaponska zaštita u PS2. Zaštita u EVP-u na odvodu prema PS2 ne djeluje. Istovremeno sa djelovanjem zaštita pobuđuju se i uređaji za APU. Nakon isteka podešenog vremena od 3 sekunde. APU uključuje prekidač u EVP-u prema PS1.Uz pretpostavljen prolazni kvar prekidač ostaje uključen. Nakon 2 s iza toga (odnosno 3 s nakon djelovanja podnaponske zaštite) uključuju se automatski i prekidači u PS1 odnosno PS2 tako da je kontaktna mreža u pogonu.

U slučaju trajnog kvara prvi cikljus isključenja identičan je prethodnom slučaju, tj. van pogona su prekidač u EVP-u i prekidači u PS1 i PS2. Nakon isteka 3 s APU u EVP-u uključuje prekidač, ali ga prekostrujna zaštita odmah isključuje i on ostaje trajno isključen, jer je APU u drugom ciklusu blokiran. Nakon 3 s od prvog isključenja uređaji za APU u PS1 i PS2 daju komandu za uključenje prekidača. U PS1 ono ne uspijeva i prekidač ostaje uključen. Kod trajnog kvara na mjestu K1 ostaje bez napona, prema tome, napojni vod EVP-PSN.

Kod kvara na mjestu K2 ako se desi u neposrednoj blizini PS1 djelovanje zaštite je identično, s tim što je moguće da pad napona u EVP-u ne bude tako velik da dolazi do djelovanja podnaponske zaštite u PS2.

Kod kvara na mjestu K2 između PS1 i PSN ili u blizini PSN, struja nije dovoljna da izazove djelovanje prekostrujne zaštite u EVP-u i ona se ne pobuđuje. Dolazi do pobude admitantne zaštite ali je ona vremenski podešena na 0,5 s. U PS1 djeluje podnaponska zaštita i momentalno djeluje na isključenje prekidača. Zbog toga se admitantna zaštita u EVP-u vraća u početni položaj. Nakon isteka 5 s uređaj za APU daje

komandu na uključenje prekidača PS1. Ako je kvar bio prolazan prekidač ostaje uključen, dok u slučaju trajnog kvara podnaponska zaštita ponovo djeluje na isključenje i prekidač ostaje trajno isključen.

Iz opisanog djelovanja zaštita vidi se da admitantni relej ima ulogu rezervne zaštite. Ukoliko bi u prvom slučaju došlo do zatajenja prekostrujne, a u drugom slučaju podnaponske zaštite nakon 0,5 s on bi dao komandu za isključenje prekidača u EVP-u.

Na slici 9.2 prikazan je normalan način napajanja kontaktne mreže na dvokolosiječnoj pruzi. Iz EVP-a se napajaju kontaktni vodovi na oba kolosijeka do prve PS. Tu su spojeni paralelno poprečnim prekidačem. Uzdužnim prekidačima napajaju se dalje vodovi do PSN-a, gdje su također kratko spojeni poprečnim prekidačem. Uzdužni prekidači u PSN-u su isključeni.

Slika 9.2 Djelovanje zaštite kod normalnog načina napajanja kontaktne mreže dvokolosiječnih pruga

Kod kratkog spoja na mjestu K1 u blizini EVP djeluje momentalno prekostrujna zaštita i isključuje prekidač tog odvoda. Istovremeno pobuđuje uređaj za APU. Struja kroz drugu granu – naponi vod drugog kolosijeka i poprečni prekidač u PS-u – mjesto kvara je nedovoljna da pobudi prekostrujnu zaštitu drugog odvoda. Zbog kratkog spoja u blizini EVP-a dolazi do jakog pada napona u cijeloj mreži, što izaziva djelovanje podnaponskih zaštita u PS-u na uzdužnim i poprečnim prekidačima i u PSN-u na poprečnim prekidačima. Bez napona ostaju: dionica EVP – PS koja je u kvaru, obje dionice PS1-PSN1 i PS2-PSN2.

Nakon 3 s uključuje se prekidač u EVP-u, nakon dalje 2 s uređaji za APU uključuju uzdužne prekidače u PS1 i PS2. Poprečni prekidači ostaju isključeni, jer na njima nije predviđeno APU. Prema tome, kod prolaznog kvara dolazi do ponovnog pogona svih napojnih vodova, s tom razlikom da se vrši odvojeno napajanje kontaktnih vodova za jedan i drugi kolosijek.

U slučaju trajnog kvara na mjestu K1 djelovanje zaštite u prvom ciklusu je identično. Nakon isteka 3 s uređaj za APU u EVP-u daje komandu za uključenje prekidača no on ispada kod uključenja na kvar zbog djelovanja prekostrujne zaštite. Nakon 5 s od momenta prvog ispada uređaju za APU uključuju prekidače u PS2 i PS1 na drugom kolosijeku. Prekidač u PS-u na prvom kolosijeku ostaje van pogona jer podnaponska zaštita ne dozvoljava uključenje. Prema tome, bez napona ostaje napojni vod EVP-PSN jednog kolosijeka.

Kod kvara na mjestu K2 struja na odvodima iz EVP-a nije dovoljna za aktiviranje prekostrujne zaštite. Podnaponska zaštita u PS1 i PSN1 isključuje uzdužne i poprečne prekidače. Podnaponske zaštite PS2 i PSN2 ne djeluju jer je pad napona nedovoljan za njihovo aktiviranje. Nakon 5 s uređaji za APU uključuju uzdužne prekidače, dok poprečni prekidači ostaju van pogona. Posljedica prolaznog kvara je prema tome samo definitivno isključenje poprečnih prekidača u PS1 i PSN1.

U slučaju trajnog kvara na mjestu K2 kod pokušaja uključenja (nakon 5 s od momenta prvog djelovanja podnaponske zaštite) ponovo se pobuđuje podnaponski relej na vodu prvog kolosijeka u PS1 i definitivno isključuje prekidač. Podnaponski relej na vodu drugog kolosijeka se ne pobuđuje, jer je poprečni prekidač isključen i pad napona nije velik. U tom slučaju bez napona ostaje samo dionica koja je u kvaru.

Ukoliko bi kod kvara na mjestu K1 struja bika premala da pobudi prekostrujne zaštite u EVP-u (npr. zbog velikog prelaznog otpora na mjestu kvara ili male struje kratkog spoja izazvane pogonom jednog transformatora i prilikama u mreži 110 kV) nakon 0,5 s od momenta nastanka kvara dolazi do djelovanja admitantne zaštite na napojnom vodu koji je u kvaru, jer su prethodno prenaponske zaštite već isključile poprečne prekidače. I u slučaju zatajenja prekostrujne ili podnaponske zaštite dolazi do djelovanja daljinske zaštite s vremenskom zadrškom od 0,5 s. U slučaju kvara u postrojenju jedne EVP ili kod planiranih radova, dolazi u obzir napajanje cijele dionice EVP1-EVP2 iz jedne EVP. Na slici 9.3 prikazan je takav slučaj kod jednokolosiječne pruge.

Slika 9.3 Djelovanje zaštite kod napajanja kontaktne mreže između dvije EVP iz jedne EVP

Kod kvara na mjestu K1 u blizini EVP-a dolazi do djelovanja prekostrujne zaštite. Ona isključuje prekidač u EVP-u. Zbog nestanka napona isključuju se i prekidači u PS1, PSN1 i PS2, a vjerovatno dolazi i do isključenja prekidača u PS3, zbog jakog pada napona. Nakon isteka 3 s uređaj za APU uključuje prekidač u EVP-u. U slučaju prolaznog kvara on ostaje uključen 2 s. Iza toga uključuju se automatski i prekidači u PS1 i PS3. U PS3 automatika pokušava sa uključenjem prekidača no ono ne uspijeva zbog djelovanja podnaponske zaštite, pošto je prekidač u PSN-u ostao isključen jer nema APU. Bez napona ostaje prema tome dionica PSN1-PS2-EVP2 u slučaju prolaznog kvara na mjestu K1. U slučaju trajnog kvara bez napona ostaje cijela dionica EVP1-EVP2.

Od kratkog spoja na mjestu K2 u blizini PS1 djelovanje zaštite je identično kao kod kvara na mjestu K1, s tim što će pad napona u EVP-u biti manji, tako da neće dolaziti do djelovanja podnaponske zaštite u PS3. Ako je mjesto kvara bliže PSN1, struja kvara nije dovoljna da aktivira prekostrujnu zaštitu u EVP-u. Zbog toga dolazi do djelovanja

podnaponskih zaštita u PS1, PSN1 i PS2. Nakon 5 s uređaj za APU uključuje prekidač u PS1. U slučaju prolaznog kvara on ostaje uključen. Pošto je prekidač u PSN-u isključen, APU u PS-u ne uspjeva i dionica PSN1-EVP2 ostaje bez napona. U slučaju trajnog kvara ne uspijeva ni pokušaj APU u PS1, tako da bez napona ostaju dionice PS1-EVP2, uz isključene prekidače PSN1 i PS2.

Kod kratkog spoja na mjestu K3 prekostrujna zaštita u EVP-u sigurno se ne pobuđuje. Zbog pada napona djeluje podnaponska zaštita u PSN1 i PS2, a eventualno i u PS1. Prekidači u PSN1 i PS2 ostaju definitivno isključeni, jer u PSN-u nema uređaja za APU, a eventualno otvoren prekidač u PS1 uključuje se nakon 5 s. Djelovanje je identično i za slučaj trajnog kvara.

Kod kratkog spoja na mjestu K4 razlikuju se dva slučaja. Ako je kratki spoj u blizini PS2 može doći do djelovanja podnaponske zaštite u PSN1, što dovodi do definitivnog isključenja dionice PSN1-PS2-EVP2. Ako je kratki spoj lociran dalje od PS2 ili ako se desi preko većeg prijelaznog otpora padanapona u PSN1 ne mora biti tako visok da izazove djelovanje podnaponskog releja. U tom slučaju djeluju samo podnaponska zaštita u PS2 i trajno isključuje prekidač, bez obzira na karakter kvara, jer se naponski transformator na koji je priključena zaštita nalazi sa strane EVP2, tako da podnaponska zaštita ne dozvoljava APU.

Ako se iz jedne EVP napaja kontaktna mreža dvokolosiječne pruge na cijeloj dionici između dvije EVP djelovanje zaštite je slično (slika 9.4).

Slika 9.4 Djelovanje zaštite kod napajanja kontaktne mreže na dvokolosiječnoj pruzi iz jedne EVP

Kod kvara na mjestu K1 i K2 djelovanje zaštite je isto kao i kod normalnog režima napajanja, s tim što uvijek dolazi do definitivnog isključenja prekidača u PSN-u, zbog čega bez napona ostaje dionica PSN-1-EVP2 na oba kolosijeka. I kod kratkih spojeva na mjestu K3 i K4 ova dionica ostaje bez napona, jer u PSN-1 nije predviđeno APU. Samo kod kratkog spoja u blizini EVP2 dolazi do beznaponskog stanja na oba kolosijeka dionice PS2-EVP2.

Iz gornjeg razmatranja može se zaključiti da je sa gledišta djelovanja zaštite na dvokolosiječnim prugama u vanrednom režimu, kad se iz jedne EVP napaja cijela dionica, pogodnije da poprečni prekidači u PSN1 i PS2 budu isključeni, jer dolazi do beznaponskog stanja samo onog kolosijeka koji je u kvaru.

10. Analiza djelovanja zaštite na postojećim relejima

-----

cijeli napojni vod napaja samo iz jedne EVP ili ako bi dvije EVP radile paralelno, dolazilo bi kod kratkog spoja do djelovanja praktički svih podnaponskih releja na tom potezu. Zbog toga bi bilo poželjnije niže podešenje podnaponske zaštite iako i ovakva neselektivna djelovanja podnaponskih releja u više stanica za sekcionisanje ne bi trebala predstavljati veću pogonsku smetnju zbog postojanja uređaja za automatsko ponovno uključivanje.

Admitantna zaštita sa dodatnim vremenskim relejom štiti sigurno cijelu zonu između dvije EVP u rezervnom stepenu, ako bi došlo do zatajenja prekostrujne zaštite, podnaponske zaštite ili prekidača.

Na slici 10.2.b prikazane su zone dostizanja zaštitnih uređaja na potezu EVP Inđija-Batajnica-Surčin, a na slici 10.2.c na potezu Inđija-Putinci-Ruma. Uočljiva je vrlo velika zona djelovanja prekostrujne zaštite, tj. prekostrujna zaštita obuhvaća cijelu zonu između dvije EVP. Do ovako osjetljivog podešenja prekostrujnih zaštita u EVP Inđija došlo je zbog toga što je kod mjerenja struje kratkog spoja 10.02.1971. godine uočena mala struja kratkog spoja, nedovoljna da pokrene prekostrujnu zaštitu na odvodu za Batajnicu, čak ni kod kratkog spoja u PS Nova Pazova. Zbog toga su strujni transformatori prespojeni na 150/5 A. Kod ispitivanja 10.05.1971 izmjerene su struje kratkog spoja koje bi odgovarale normalnom podešenju proradne struje od oko 1200 A.

Ovako osjetljivo podešenje prekostrujne zaštite mnogo ne smeta kod normalnog uklopnog stanja. Ako bi se, međutim, iz EVP-a Inđija napajala cijela dionica do susjedne EVP, dolazilo bi do neselektivnih ispada. Zbog toga treba prekostrujnu zaštitu podesiti na 1200 A kao i u ostalim EVP-ovima.

U slučaju izuzetno niskih struja zbog eventualno nepovoljnog uklopnog stanja u mreži 110 kV i kvara na kraju voda EVP-P5 djelovat će nakon 0.5 s admitantna zaštita. Ovako usporeno isključenje kod relativno niskih struja nije opasno. Admitantna zaštita i u ovom slučaju služi kao rezervna zaštita za slučaj zatajenja prekostrujne ili podnaponske zaštite.

Na slici 10.2.d prikazane su zone dostizanja pojedinih zaštita na potezu EVP Mladenovac – PSN Ralja – EVP Resnik. Prekostrujna zaštita dostiže do PSN Ralja, a podnaponske zaštite obuhvaćaju cijelu dionicu između dvije EVP. Admitantna zaštita štiti u rezervnom stepenu cijelu dionicu.

U slučaju paralelnog spajanja kontaktne mreže na dvokolosiječnim prugama uključivanjem poprečnih prekidača, selektivnost djelovanja zaštite se nešto povećava. Zona dostizanja prekostrujne zaštite se naime skraćuje, zbog grananja struje kratkog spoja po dva paralelna voda, tako da je vrlo vjerovatno selektivno eliminiranje kratkih spojeva na potezu PS – PSN djelovanjem podnaponske zaštite. Skraćenje zone djelovanja prekostrujne zaštite čak i do ispred prve PS ne dovodi do zatajenja zaštite i potrebe

djelovanja admitantnog releja nakon 0,5 s. Na slici 10.3 prikazan je takav slučaj, npr. za potez EVP Martinci – Mitrovica – Ruma.

Slika 10.3 Skraćenje zone djelovanja prekostrujne zaštite

U slučaju kratkog spoja u blizini PS Mitrovica (K1) struja kratkog spoja, podijeljena na dvije paralelne grane može biti nedovoljna za aktiviranje prekostrujne zaštite u EVP Martinci. Čim međutim podnaponska zaštita u Mitrovici isključi poprečni prekidač, sva struja kratkog spoja teče vodom koji je u kvaru što dovodi do djelovanja prekostrujne zaštite. Ovako kaskadno djelovanje zaštite ima za posljedicu nešto sporije eliminiranje kvara tj. uvećano za vrijeme djelovanja podnaponskog releja i vlastito vrijeme isključenja prekidača u PS-u.

U slučaju kratkog spoja na potezu između PS Mitrovica i PSN Ruma (K2) podnaponska zaštita selektivno isključuje vod koji je u kvaru, uz neselektivan ispad zdravog voda koji je prethodno bio u paralelnom radu. U slučaju prolaznog kvara uređaji za APU uključuju u oba voda, a u slučaju trajnog kvara uključuje se samo zdravi vod i mreža se napaja radijalno.

Na osnovi izloženog može se zaključiti da je mreža 25 kV korektno štićena kod normalnog uklopnog stanja, kad se iz jedne EVP napaja kontaktna mreža do prve PSN. Skraćenje zone djelovanja prekostrujne zaštite do prve PS u cilju postizanja selektivnosti prekostrujne i podnaponske zaštite za sada je nemoguće, zbog variranja snage kratkog spoja u mreži 110 kV iz koje se napajaju elektrovučne podstanice i zbog nepoznavanja granica ovih varijacija. I suviše osjetljiva podnaponska zaštita ne odražava se tako negativno kod ovakvog uklopnog stanja.

U slučaju paralelnog rada dvije EVP ili napajanja cijele mreže iz jedne EVP dolazit će do nepotrebno, djelovanja više zaštita. U tom slučaju bilo bi poželjno smanjenje proradnog nivoa podnaponske zaštite na otprilike 10 kV, što je nemoguće sa postojećim relejima (minimalno moguće podešenje 12,5 kV), tako da bi bila potrebna njihova rekonstrukcija. Zbog toga se predlaže minimalno podešenje podnaponskih releja i u postrojenjima PS i u postrojenjima PSN.

Admitantna zaštita u rezervnom stepenu štiti sigurno na svim potezima cijelu dionicu između dvije EVP. To daje garanciju da će ona djelovati i kod kratkih spojeva preko električnog luka ili velikog prijelaznog otpora na mjestu kvara. Vremenski releji uz admitantne zaštite bili su kod prvog ispitivanja stavljeni van pogona, kako bi se osiguralo

vrlo brzo djelovanje zaštite, jer se nisu poznavale struje kratkih spojeva i jer je podnaponska zaštita bila van pogona. Uz aktiviranje podnaponske zaštite treba ponovo uključiti i vremenske releje uz admitantnu zaštitu.

11. Prijedlog za modernizaciju sistema zaštite kontaktne mreže

Pošto se nakon puštanja u pogon elektrovučnih podstanica nisu poznavale vrijednosti struja kratkog spoja i pada napona, nije se sa sigurnošću moglo osloniti na djelovanje prekostrujnih releja. Osim toga, pogreškom su naručeni prenaponski umjesto podnaponskih releja, tako da je podnaponska zaštita u PS-ovima i PSN-ovima bila van pogona. Da bi se osiguralo brzo eliminiranje kratkih spojeva, bez obzira na kojoj dionici su se oni pojavili, blokiran je vremenski relej admitantne zaštite , tako da ona djeluje momentalno. Prema tome, postojeće stanje zaštite kontaktne mreže je sljedeće: osnovna je admitantna zaštita, koja momentalno isključuje kratke spojeve na cijeloj dionici između dvije EVP. Bliske kratke spojeve, na dionici između EVP i PS, negdje i između EVP i PSN momentalno isključuje i prekostrujna zaštita. Podnaponska zaštita je van pogona, iako su prenaponski releji rekonstruirani u podnaponske.

Ovakav sistem zaštite ima sljedeće prednosti:

- brzo eliminiranje kratkog spoja bez obzira da li se iz EVP napaja dionica do PSN-a ili cijela dionica do susjedne EVP;

- postojanje brze rezervne prekostrujne zaštite za bliske kratke spojeve.

Ovakav sistem ima, međutim, niz slabosti. One su:

- neselektivno djelovanje zaštite kod kvara na potezu PS – PSN ili na susjednim dionicama ako se iz jedne EVP napaja cijeli potez do susjedne EVP. Uvijek iz pogona ispada cijeli vod napajan iz EVP-a;

- neselektivno djelovanje zaštite na dvokolosiječnim prugama, ako su poprečni prekidači u PS-ovima i PSN-ovima uključeni. Bez obzira na kojoj dionici se kvar desio djeluju admitantne zaštite na napojnim vodovima na oba kolosijeka, tako da bez napona ostaje cijela mreža. Kod trajnog kvara na jednoj dionici cijela mreža se isključuje definitivno, jer se automatski ne razdvajaju poprečne veze;

- neselektivno djelovanje zaštite u slučaju kad se iz jedne EVP napaja i dionica koju inače napaja susjedna EVP. Pošto admitantne zaštite djeluju momentalno, a zone dostizanja zaštite su veće od udaljenosti između susjednih EVP-ova, može doći do istovremenog isključenja prekidača u obje EVP.

Bolju zaštitu pruža projektiran sistem zaštite kontaktne mreže: osnovna zaštita je prekostrujna (za dionicu EVP – PS) i podnaponska (za dionicu PS – PSN). Kao rezervna zaštita za cijelu dionicu između dvije susjedne EVP služi admitantna zaštita u kombinaciji sa vremenskim relejem podešenim na 0,5 s. Prednosti ovakvog sistema su:

- brzo eliminiranje kratkih spojeva na potezu EVP – PS djelovanjem prekostrujne momentalne zaštite,

- brzo eliminiranje kratkih spojeva na potezu PS –PSN djelovanjem momentalne podnaponske zaštite u PS-u.

- selektivno eliminiranje kratkih spojeva na potezu PS – PSN na većem dijelu dionice, ako je prekostrujna zaštita podešena tako da ne ulazi dublje u zonu PS – PSN.

- selektivno djelovanje podnaponske zaštite kod kvarova na potezu PS – PSN u slučaju kad su poprečni prekidači u PS-u i PSN-u uključeni. Poprečni prekidači ispadaju definitivno, uz uzdužne prekidače automatski uključuju uređaj za APU. U slučaju trajnog kvara bez napona ostaje samo dionica koja je u kvaru.

- Rezervno djelovanje admitantne zaštite, nakon 5 s u slučaju velikih prijelaznih otpora na mjestu kvara ili u slučaju zatajenja prekostrujne i podnaponske zaštite ili prekidača u PS-u.

Nedostatci projektiranog sistema zaštite su sljedeći:

- U slučaju kratkih spojeva na dionici EVP – PS, u blizini EVP-a, dolazi do jakog pada napona na području cijele mreže napajane iz promatrane EVP. To dovodi do nepotrebnog djelovanja podnaponske zaštite i na dionici na kojoj ne postoji kvar, tj. praktički djeluju svi podnaponski releji u mreži. Uređaju za APU uključuju prekidače koji su ispali iz pogona (izuzev poprečnih prekidača). Ovakvo kratkotrajno isključenje napona bitno ne ometa normalan saobraćaj, zbog inercije voza, tako da ovakvo djelovanje ne predstavlja bitan nedostatak, jer prekidači isključuju i uključuju samo normalnu struju opterećenja, što ne dovodi do bitnog skraćenja vremena između dvije revizije. Povremeni rad mehanizma može čak biti i koristan za pogonsku spremnost prekidača i automatike.

Broj nepotrebnih djelovanja podnaponske zaštite može se dosta reducirati sniženjem podešenja proradnog napona podnaponske zaštite. Minimalno podešenje postojećih podnaponskih releja je 50 V, tj. primarni proradni napon 12,5 kV. Postojeće releje bi trebalo prema tome podesiti na 50 V. Još niže podešenje moglo bi se postići zahvatom u konstrukciju releja (npr. 40 ili 30 V).

- neselektivan rad prekostrujne zaštite u EVP-u i podnaponske zaštite u PS-u u slučaju kratkog spoja u blizini PS-a na dionici prema PSN-u. Ukoliko se, naime, želi postići brzo isključenje svih kvarova na cijelom potezu EVP – PSN potrebno je izvesti preklapanje prekostrujne i podnaponske zaštite. Ovaj nedostatak mogao bi se izbjeći višim podešenjem prekostrujnih zaštita, čime bi se, međutim, dobila određena zona na potezu EVP – PS koja ne bi bila obuhvaćena prekostrujnom zaštitom. Kvarove u toj zoni eliminirala bi admitantna zaštita sa vremenskim zatezanjem od 0,5 s što bi za neke vrste kvarova moglo da bude nedozvoljeno dugo te ovo ne preporučujemo.

Da bi se prešlo na opisani sistem potrebno je:

1. Aktivirati vremenske releje admitantne zaštite i podesiti ih na 0,5 s. Kontakti vremenskih relej su sada premošteni na radnim stezaljkama.

2. Podnaponske releje u PS-ovima i PSN-ovima podesiti na minimalni proradni napon i aktivirati ih. Sada su oni van pogona.

3. Izvršiti rekonstrukciju automatskog ponovnog uključivanja u EVP kao što je crtkano prikazano na slici 8.1 da bi se blokiralo APU kod uključenja voda koji je u kvaru.

4. Izvršiti rekonstrukciju APU u PS-u, ubacivanjem crtkano prikazanog kontakta P na slici 8.2, da bi se izbjeglo neprestano davanje impulsa za uključenje prekidača kada je napojni vod bez napona, te su kontakti podnaponskog releja zatvoreni.

5. Uređaje za APU u EVP-ovima podesiti na beznaponsku paknu od 3 s a u PS-ovima na 5 s. Ovo vrijeme može se po želji i smanjiti, s tim što treba ostaviti razmak između APU u EVP-ovima i PS-ovima (npr. na 1 s u EVP-ovima i 3 s u PS-ovima).

S obzirom na usvojenu koncepciju napajanja kontaktne mreže i njoj prilagođena postrojenja nema potrebe za modernizacijom i daljom rekonstrukcijom sistema zaštite, jer projektirani sistem zaštite može zadovoljiti i u pogledu sigurnosti i brzine eliminiranja kvara, a i u pogledu selektivnosti.

Sadržaj

1. Uslovi rada relejne zaštite u monofaznom elektrovučnom sistemu................................12. Struja kratkog spoja u kontaktnoj mreži monofaznog sistema.......................................23. Prekostrujna zaštita monofazne kontaktne mreže............................................................3

4. Zaštita bazirana na vremenskom gradijentu struje .................................................5

5. Zaštita bazirana na mjerenju trećeg harmonika...............................................................76. Potencijalna zaštita..........................................................................................................87. Distantna zaštita.............................................................................................................10

7.1 Zaštita monofaznog vučnog sistema 50 Hz na francuskim željeznicama...............107.1.2 Opis admitantnog releja RMY 210...................................................................127.1.3 Opis admitantnog releja CdC RMZ 310...........................................................15

7.2 Distantna zaštita na švedskim željeznicama (proizvodnja ASEA)..........................187.3 Distantna zaštita na britanskim željeznicama..........................................................21

7.3.1 Princip mjerenja impedanse..............................................................................257.4 Sistemi distantne zaštite na sovjetskim elektrificiranim željeznicama....................25

7.4.1 Zaštita monofazne kontaktne mreže K2F-1......................................................257.4.2 Dvostepena distantna zaštita K2F2...................................................................28

7.5 Distantna zaštita na zapadno njemačkim željeznicama...........................................297.5.1 Distantna zaštita proizvodnje Siemens.............................................................29

7.5.1.1 Konduktantni princip.................................................................................327.5.1.2 Mjerenje smjera.........................................................................................33

7.5.2 Distantna zaštita proizvodnje AEG...................................................................348. Prikaz releja ugrađenih u postrojenjima monofaznog sistema 25 kV, 50 Hz................36

8.1 Zaštita transformatora snage 110/27,5 kV...............................................................418.1.1 Prekostrujna zaštita...........................................................................................418.1.2 Kotlovska zaštita...............................................................................................428.1.3 Plinska zaštita (Bucholz)..................................................................................448.1.4 Zaštita od preopterećenja transformatora.........................................................44

9. Djelovanje ugrađenih releja kod različitih uklopnih stanja monofaznog sistema električne vuče...................................................................................................................4510. Analiza djelovanja zaštite na postojećim relejima.......................................................4911. Prijedlog za modernizaciju sistema zaštite kontaktne mreže.......................................51