CURSUL 9

PRINCIPII GENERALE PENTRU REALIZAREA CIRCUITELOR DE PROTECŢII PRIN RELEE

9.1. NOŢIUNI GENERALE

Protecţia prin relee este formată din ansamblul aparatelor şi dispozitivelor destinate să comande

automat deconectarea instalaţiei electrice protejate în cazul apariţiei unui defect sau a unui regim anormal periculos şi/sau să semnalizeze apariţia regimului respectiv.

Elementul de măsură EM, numit blocul de intrare, reprezintă de fapt un circuit de adaptare (un element de pornire, la instalaţiile de protecţie mai simple realizate în tehnica curenţilor tari cu relee cu contacte, sau o interfaţă formată din traductoare şi/sau filtre, la instalaţiile de protecţie complexe realizate în tehnica curenţilor slabi cu relee electronice sau microprocesoare) alimentat din secundarele transformatoarelor de curent TC şi tensiune TT, iar elementul de execuţie EE, numit blocul de ieşire, are ca element de ieşire, în general, un releu intermediar care dă comanda de declanşare la întreruptor şi porneşte instalaţia de semnalizare.

Blocul de prelucrare şi decizie BPD numit şi blocul de prelucrare logică a informaţiei, de asemenea, poate fi realizat fie în tehnica curenţilor tari, fie în tehnica curenţilor slabi cu logică cablată (format dintr-o mulţime de aparate şi dispozitive interconectate într-o structură complexă) sau cu logică programată (numai în tehnica curenţilor slabi), care pe baza semnalelor primite de la EM transmite sau nu impuls de comandă spre EE.

9.2. CONDIŢIILE IMPUSE PROTECŢIILOR PRIN RELEE

Protecţia prin relee are drept scop principal detectarea avariei şi deconectarea elementului

avariat, în vederea evitării extinderii avariei şi a revenirii cât mai rapide la regimul normal de funcţionare pentru restul elementelor din sistemul electroenergetic rămase în funcţiune. Pentru a asigura scopul urmărit, protecţia prin relee trebuie să îndeplinească următoarele codiţii:

Rapiditate - proprietatea protecţiei de a deconecta echipamentul defect într-un timp cât mai scurt, justificat tehnico-economic, în următoarele scopuri:

- menţinerea funcţionării neîntrerupte şi stabile a sistemului electroenergetic; - reducerea timpului cât consumatorii sunt alimentaţi cu tensiune scăzută; - reducerea suprasolicitărilor şi a gradului de deteriorare a echipamentelor avariate, provocate

de efectul termic al curentului de scurtcircuit; - prevenirea apariţiei supratensiunilor periculoase pe liniile de interconexiune (fenomen

posibil mai ales pe liniile de 750 kV); - limitarea tensiunilor accidentale periculoase pentru oameni, animale, instalaţii (conform

prevederilor standardelor privind protecţia împotriva electrocutărilor); - asigurarea eficacităţii restabilirii funcţionării normale, prin RAR, AAR, autopornirea

motoarelor, resincronizarea unor grupuri etc. Timpul de deconectare este compus din timpul de acţionare al protecţiei şi timpul de

întrerupere al întreruptorului (vezi paragraful 2.3.2). Timpul minim de acţionare al protecţiei, în stadiul actual al tehnicii, este de 0,01 ... 0,02 s.

Selectivitate - proprietatea protecţie de a asigura deconectarea numai a echipamentului avariat (zonei protejate), prin declanşarea celor mai apropiate întreruptoare de acesta (aceasta), toate celelalte părţi ale sistemului rămânând în funcţiune. În funcţie de principiul ei de funcţionare, o protecţie poate avea selectivitate absolută (folosind informaţii de la două sau mai multe extremităţi ale zonei protejate) sau selectivitate relativă (folosind informaţii de la o singură extremitate a zonei protejate) Metodele de asigurare a selectivităţii sunt:

- temporizarea; - direcţionarea; - reglajul de curent.

Se admite acţionarea neselectivă a protecţiilor, pentru asigurarea accelerării eliminării scurtcircuitelor, dacă aceasta este necesară şi eficace în scopurile menţionate mai sus, în ceea ce priveşte rapiditatea acţionării protecţiei. Se recomandă, dacă este posibil, corectarea neselectivităţii prin intervenţia imediată a instalaţiilor de automatizare (RAR, AAR etc.).

Sensibilitate - proprietatea protecţiei de a acţiona la defecte sau la perturbări oricât de mici ale regimului normal de funcţionare. Sensibilitatea se apreciază cantitativ prin coeficientul de sensibilitate , care pentru protecţiile maximale se stabileşte cu relaţia:

ksens

kMMsens

pp

= min

unde: este valoarea minimă a parametrului controlat, în cazul unui scurtcircuit metalic la capătul zonei protejate;

M min

M pp - valoarea de pornire a protecţiei, iar în cazul protecţiilor minimale, raportul este invers.

Fiabilitate - proprietatea protecţiei de a sesiza apariţia defectului pentru care a fost concepută şi

să nu aibă refuzuri de acţionare (siguranţă de funcţionare la apariţia condiţiilor de acţionare) sau acţionări false (securitatea împotriva funcţionărilor intempensive). Fiabilitatea se asigură, în primul rând, prin utilizarea de echipamente şi materiale cu fiabilitate ridicată (obţinută prin concepţie şi realizare constructivă) şi printr-o exploatare corespunzătoare a acestora. Se pot adopta şi măsuri de creştere a fiabilităţii protecţiilor prin: (auto)testarea periodică, (auto)supraveghere permanentă sau periodică şi rezervarea protecţiilor.

Compatibilitatea electromagnetică - proprietatea echipamentului protecţiei de a nu fi perturbat în funcţionare de influenţele diverselor câmpuri electro-magnetice şi de a nu genera perturbaţii electromagnetice în mediul înconjurător.

Comunicaţia - proprietatea echipamentului de protecţie de a efectua schimbul de informaţii cu operatorul uman pentru reglarea parametrilor de acţionare, obţinerea valorii mărimilor supravegheate şi obţinerea datelor privind mărimile de defect.

Autosupravegherea - proprietatea echipamentului de protecţiei de a-şi testa permanent starea şi de a semnaliza orice defecţiune care poate conduce la o funcţionare incorectă. Instalaţiile de protecţii prin relee întâlnite până în prezent în cadrul staţiilor electrice sunt realizate cu tehnică convenţională, dar actualmente se preconizează utilizarea instalaţiilor de protecţii cu tehnică numerică. Se precizează că ultimele două condiţii, precum şi creşterea fiabilităţii prin autotestarea periodică şi autosupraveghere permanentă, pot fi realizate numai de instalaţiile de protecţii realizate cu tehnică numerică.

9.3. TIPURI DE PROTECŢII FUNCŢIE DE ROLUL ÎN SISTEM

În funcţie de rolul pe care protecţiile îl au în vederea înlăturării unei avarii se deosebesc: - protecţii de bază; - protecţii de rezervă; - protecţii auxiliare..

9.3.1. PROTECŢIA DE BAZĂ

Protecţia de bază (PB) este protecţia fiecărui element (linie, transformator, bare), care funcţionează rapid şi selectiv la apariţia unui scurtcircuit în zona elementului respectiv, prin declanşarea întreruptoarelor celor mai apropiate de elementele respective avariate. Protecţiile de bază au prioritate la iniţierea comenzilor de eliminare a defectelor sau a acţiunii, destinată să limiteze o situaţie anormală din sistemul electroenergetic. 9.3.2. PROTECŢIILE DE REZERVĂ

Protecţia de rezervă (PR) este protecţia destinată să funcţioneze atunci când un defect la un element nu a fost eliminat sau nu a fost detectat în timpul cerut de către protecţia de bază ca urmare a refuzului acesteia sau a incapacităţii de a funcţiona (în cazul în care ea se găseşte în revizie ori reparaţie), sau a refuzului de a declanşa al întreruptorului (întreruptoarelor) respectiv(e). Protecţiile de rezervă, în general, acţionează cu temporizare faţă de protecţia de bază, adică după un timp mai mare decât timpul de acţionare al protecţiei de bază.

Protecţiile de rezervă sunt de mai multe tipuri şi anume:

Protecţia de rezervă locală (PRL) este asigurată printr-o protecţie suplimentară montată în acelaşi

loc cu protecţia de bază, care acţionează, cu temporizare, tot asupra întreruptorului I asupra căruia acţionează protecţia de bază şi este alimentată fie de la aceleaşi transformatoare de măsură ca şi aceasta fie de la transformatoare de măsură diferite dar conectate la acelaşi circuit primar (celulă) ca şi protecţia de bază.

Schema de protecţie se completează şi cu un DRRI (dispozitiv de rezervare la refuz de declanşare întreruptor). În acest scop, releul intermediar de ieşire al protecţiilor de rezervă locală ale fiecărui circuit primar (celule de circuit) din instalaţia de conexiuni, transmite - simultan cu comanda de declanşare a întreruptorului corespunzător - un semnal de comandă pentru pornirea DRRI-ului instalaţiei de conexiuni respective. DRRI conţine un releu de timp care, de fapt, este acţionat de releele de ieşire ale acestor protecţii de rezervă şi un releu intermediar acţionat, la rândul lui, de acest releu de timp. Temporizarea releului de timp al DRRI se alege mai mare decât cea mai mare temporizare a protecţiilor de rezervă locală ale circuitelor din cadrul instalaţiei de conexiuni, şi deci, cu această temporizare, va comanda, prin intermediul releului intermediar, declanşarea întreruptoarelor tuturor celulelor de circuit din instalaţia de conexiuni respectivă, racordate la bara la care este racordat şi circuitul a cărui întreruptor a refuzat declanşarea (declanşarea este controlată prin contacte ale releelor de pornire ale protecţiilor de rezervă a circuitelor din instalaţia de conexiuni respectivă).

Modul de eliminare a unui scurtcircuit la un element de reţea prin rezervarea locală decurge în unul din următoarele moduri:

- scurtcircuit ---> refuz acţionare PB ---> PRL declanşează I; - scurtcircuit ---> PB comandă declanşarea, dar I refuză declanşarea ---> PRL comandă

declanşarea, dar I refuză declanşarea ---> DRRI declanşează întreruptoarele celorlalte circuite racordate la bara respectivă.

Protecţia de rezervă efectivă apropiată (PREA) este, de fapt, dublura protecţiei de bază, unele

elemente de sistem de importanţă deosebită fiind prevăzute cu două protecţii de bază, ca modalitate de asigurare a rezervei locale.

Protecţia de rezervă de la distanţă (PRD) este asigurată de către protecţiile de bază ale

elementelor din amonte prin care se alimentează elementul în cauză, situaţie în care aceste protecţii acţionează cu temporizare asupra propriilor întreruptoare, în acest mod scoţând de sub tensiune atât elementul avariat dar şi elementele proprii, neafectate direct de avarie. După cum se observă, această rezervare de la distanţă nu necesită investiţii suplimentare, dar acţionarea este neselectivă. Pentru corectarea neselectivităţii se impune prevederea unor instalaţii RAR la protecţiile de bază ale elementelor din amonte.

Modul de eliminare a unui scurtcircuit la un element de reţea prin rezervarea de la distanţă decurge în unul din următoarele moduri:

- scurtcircuit--->refuz acţionare PB--->PRD declanşează întreruptoarele elementelor din amonte prin care se alimentează locul scurtcircuitului;

- scurtcircuit--->PB comandă declanşarea, dar întreruptorul propriu refuză declanşarea --->PRD declanşează întreruptoarele elementelor din amonte prin care se alimentează locul scurtcircuitului.

Protecţia de rezervă prin întreruptor (PRI) se realizează prin câte un releu intermediar suplimentar

introdus în schemele protecţiilor de bază ale elementelor din amonte, prin care se alimentează elementul avariat, dar care comandă declanşarea întreruptorului I al elementului considerat, înainte de a comanda declanşarea întreruptoarelor propriilor elemente. Modul de eliminare a unui scurtcircuit la un element de reţea prin rezervarea prin întreruptor decurge în unul din următoarele moduri:

- scurtcircuit---> refuz acţionare PB ---> PRI declanşează întreruptorul I; - scurtcircuit ---> PB comandă declanşarea, dar I refuză declanşarea ---> PRI comandă declanşarea

întreruptorului I, dar acesta refuză declanşarea ---> PB a elementelor din amonte declanşează întreruptoarele elementelor proprii, prin care se alimentează locul scurtcircuitului.

Protecţia de rezervă alunecătoare (PRA) este reprezentată de protecţiile proprii ale unor celule care pot

înlocui, funcţional, alte celule. De exemplu, celula de cuplă transversală din cadrul instalaţiilor de conexiuni cu dublu sistem de bare colectoare, se ştie că poate lua, funcţional, locul oricărei celule din cadrul instalaţiei de conexiuni căreia îi aparţine (vezi paragraful 3.2.3.2), şi deci se prevede cu toate tipurile de protecţii pe care le posedă celulele pe care le poate înlocui. În acelaşi mod şi cupla de ocolire se prevede a fi echipată cu toate tipurile de protecţii ale celulelor circuitelor racordate la sistemul de ocolire. Denumirea de “ rezervă alunecătoare” vine de la faptul că celula de rezervă (cupla transversală şi/sau cupla de ocolire) poate fi utilizată (alunecă) în locul celulei de bază (proprii circuitului). 9.3.3. PROTECŢIILE AUXILIARE

Protecţiile auxiliare sunt protecţiile care se prevăd pentru a acţiona în cazul defectelor ce apar în aşa numitele “zone moarte” ale unor protecţii de bază, zone unde protecţia de bază nu sesizează producerea defectului (nu întotdeauna protecţia de bază acoperă întreaga zonă a elementului protejat).

9.4. TIPURI DE PROTECŢII FUNCŢIE DE MĂRIMEA CONTROLATĂ ŞI DE MODUL CUM ACŢIONEAZĂ

Odată cu progresul tehnic, aparatele şi dispozitivele folosite la realizarea protecţiilor, au

evoluat foarte mult, în decursul timpului, din punct de vedere tehnologic, dar principiile realizării protecţiilor, au rămas cam aceleaşi. Astfel, în funcţie de mărimea controlată şi de modul cum acţionează se deosebesc următoarele tipuri de protecţii:

- de curent, de tensiune; - direcţionale; - diferenţiale; - de distanţă; - cu filtre; - cu canale de transmisie; - comparative longitudinale; - termice; - cu relee de gaze.

9.4.1. PROTECŢIA DE CURENT

Fig. 9.1

Schema de principiu, în structura cea mai simplă, a unei protecţii de curent este redată în figura 9.1, unde semnificaţia notaţiilor este următoarea:

1 - element de măsură, numit element de pornire sau bloc de intrare;

2 - releul de comandă; 3 - releul de semnalizare.

Protecţia de curent, de obicei, este o protecţie maximală şi acţionează ca urmare a creşterii curentului în

circuitul protejat, creştere care are loc în cazul scurtcircuitelor şi al suprasarcinilor. Protecţii minimale de curent se folosesc foarte rar şi se prevăd a acţiona la întreruperea circuitului protejat.

Protecţiile maximale de curent intră în funcţiune atunci când curentul I din circuitul protejat depăşeşte o anumită valoare stabilită, numită curent de pornire al protecţiei şi notată cu I . pp

Curentul de pornire al protecţiei reprezintă valoarea curentului din circuitul primar pentru care blocul de intrare, alimentat de înfăşurările secundare ale transformatoarelor de curent, transmite impuls blocului de prelucrare şi decizie care, în urma anumitor prelucrări logice a informaţiei, acţionează elementul de execuţie. Prin urmare, raportul dintre curentul de pornire al protecţiei şi curentul de acţionare al blocului de intrare, notat cu , este egal cu raportul de transformare al transformatorului de curent, iar protecţia intră în funcţiune atunci când .

I pp

I pp

I pr KTC

I I K Ipp TC pr> =

Pentru ca protecţia să nu intre în funcţiune în regim normal de funcţionare a elementului protejat este necesar ca valoarea curentului de pornire al protecţiei I să fie superioară curentului nominal I şi curentului de sarcină maximă care circulă în regim normal prin circuitul elementului protejat ( ).

pp n

I s max I I I Ipp n pp s> >; max

Există mai multe tipuri de protecţii maximale de curent, funcţie de tipul elementului de pornire (blocului de

intrare), de modul de alegere a curentului de pornire şi de faptul dacă protecţia acţionează instantaneu sau cu temporizare la producerea unui scurtcircuit. Astfel, funcţie de tipul elementului de pornire întâlnim:

- protecţie maximală de curent cu caracteristică independentă; - protecţie maximală de curent cu caracteristică dependentă.

1. Protecţie maximală de curent cu caracteristică independentă.

Fig. 9.2

Se caracterizează prin aceea că elementul de pornire este realizat cu caracteristică independentă. Caracteristica (fig. 9.2) oferă o temporizare a acţionării t t a= independentă de valoarea curentului de scurtcircuit.

Există două tipuri de protecţii maximale de curent cu caracteristică independentă care, din punct de vedere funcţional, diferă prin modul de alegere a curentului de pornire.

a) Protecţie maximală de curent instantanee. Curentul de pornire al protecţiei se alege astfel încât

protecţia să intre în funcţiune când curentul de scurtcircuit, la un scurtcircuit în zona protejată, atinge valoarea cea mai mică posibilă ( ), adică: I I

I pp

I sc min pp sc= min În acest caz, la apariţia unui scurtcircuit, indiferent de locul acestuia în zona protejată, protecţia comandă

declanşarea întreruptorului şi defectul va fi lichidat aproape instantaneu (cu timpul propriu al elementului de pornire t + timpul de închidere al întreruptorului). a

Schema de principiu este dată în figura 9.1, dar în general aceasta mai conţine şi alte elemente care

constituie BPD, care permit obţinerea diferitelor tipuri de protecţii maximale de curent, dintre care cele mai uzuale sunt:

Protecţia maximală de curent temporizată. Schema de principiu este dată în figura fig. 9.3, unde BPD este

constituit din elementul de temporizare T cu temporizare la închidere.

Fig. 9.3

La această protecţie elementul de temporizare T prelucrează impulsul transmis de elementul de pornire I şi

anume, creează artificial temporizarea dorită între momentul intrării în funcţiune a protecţiei (momentul transmiterii impulsului de către elementul de pornire 1) şi cel al transmiterii impulsului de declanşare de către releul de comandă 3, impuls care se transmite întreruptorului numai dacă curentul I din circuitul primar se menţine superior lui I un timp mai mare decât temporizarea stabilită. Temporizarea este constantă şi independentă de valoarea curentului de scurtcircuit.

pp

Protecţia maximală de curent temporizată cu blocaj de tensiune minimă. Schema de principiu este dată în figura 9.4.

Fig. 9.4

La această protecţie, faţă de protecţia maximală de curent temporizată, pe lângă elementul de temporizare T, BPD mai conţine şi un releu minimal de tensiune U<, care permite transmiterea impulsului de la elementul de pornire I la elementul de temporizare T numai dacă tensiunea în zona elementului protejat este sub o anumită valoare reglată.

b) Protecţia prin secţionare de curent. Curentul de pornire al protecţiei este desensibilizat în raport cu

curentul de scurtcircuit de valoare minimă, adică: I k Ipp sc= min , unde k este un coeficient supraunitar. În acest caz, protecţia sesizează scurtcircuitele numai dintr-o anumită porţiune a zonei protejate, şi anume partea din zonă unde curentul de scurtcircuit este mai mare decât curentul de pornire I . Deci, în acest caz rezultă o porţiune din zona protejată unde dacă se produce scurtcircuit protecţia acţionează instantaneu şi o zonă moartă (de blocare) în care dacă sunt scurtcircuite acestea nu sunt sesizate de către protecţie şi, ca urmare, aceasta nu acţionează.

I sc pp

b) Protecţia maximală de curent în două trepte. Prin combinarea protecţiei prin secţionare de curent cu

o protecţie maximală de curent temporizată se obţine protecţia maximală de curent în două trepte. Schema de principiu este dată în figura 9.5.

Fig. 9.5

Elementul de pornire 1 împreună cu releul de comandă 4 şi releul de semnalizare 5 formează

protecţia prin secţionare de curent, care realizează treapta I-a (rapidă), iar elementul de pornire 2 împreună cu elementul de temporizare 3 şi aceleaşi elemente de comandă 4 şi de semnalizare 5, formează protecţia maximală de curent temporizată, care. realizează treapta a II-a (temporizată).

2. Protecţie maximală de curent cu caracteristică dependentă.

Se caracterizează prin aceea că elementul de pornire este realizat cu caracteristică dependentă (vezi fiura 9.6).

Fig. 9.6. Caracteristica invers dependentă a elementului de pornire pentru o protecţie de curent

Diagrama de acţionare (timpul de acţionare în funcţie de curentul de pornire) este foarte

apropiată de o hiperbolă, astfel că timpul de acţionare al elementului de pornire scade cu creşterea curentului până la o anumită valoare (partea dependentă a caracteristicii), peste care, oricât ar creşte curentul, timpul de acţionare rămâne constant (partea independentă a caracteristicii). Deci, scurtcircuitele nu se mai elimină în acelaşi timp indiferent de locul scurtcircuitului, ci cu o temporizare care variază continuu funcţie de valoarea curentului, cu atât mai mică cu cât curentul de scurtcircuit este mai mare (caracteristică t=f(I) invers dependentă, motiv pentru care, de fapt, protecţia se numeşte protecţie maximală de curent cu caracteristică invers dependentă).

9.4.2. PROTECŢIA DE TENSIUNE Este o protecţie asemănătoare cu protecţia maximală de curent instantanee (vezi fig.

9.1) sau temporizată (vezi fig. 9.3), cu deosebirea că elementul de pornire 1 este alimentat din secundarul transformatorului de tensiune şi, ca urmare, mărimea de pornire a protecţiei este tensiunea de pornire a protecţiei şi nu curentul . U pp I pp

Protecţiile de tensiune acţionează, în general, la scăderea tensiunii care are loc la apariţia scurtcircuitelor. Aceste protecţii sunt, deci, protecţii minimale, întrucât elementul de pornire intră în funcţiune când tensiunea în zona elementului protejat scade sub valoarea ( ). Pentru ca protecţia să nu acţioneze în regim normal de funcţionare este necesar ca să fie mai mică decât tensiunea nominală şi decât tensiunea minimă

din zona elementului protejat, care are loc în exploatare în regim normal de funcţionare.

U

U pp U U pp<

U pp U n

U min

Există şi protecţii maximale de tensiune, folosite mai rar, la care elementul de pornire intră în funcţiune la creşterea tensiunii din zona elementului protejat, şi anume dacă

U

U U pp>

9.4.3. PROTECŢIA DIRECŢIONALĂ Protecţia direcţională este o protecţie de curent, care acţionează numai dacă sensul de circulaţie

al curentului de scurtcircuit, în locul unde este montată este spre zona elementului protejat. Acest fapt este sesizat de un releu direcţional (de putere).

În general, protecţiile direcţionale sunt protecţii maximale de curent temporizate, în care este inclus un releu direcţional cu rolul de a sesiza producerea defectului în zona protejată (de selectivitate). Protecţia se numeşte protecţie maximală de curent direcţională temporizată. Schema de principiu a unei astfel de protecţii este dată în figura 9.7, de unde se observă că releul direcţional intră în BPD.

Fig. 9.7

Semnalul de la elementul de pornire 1, care intră în acţiune în acelaşi mod ca în cazul protecţiei maximale de curent temporizată (când curentul I din circuitul primar este mai mare decât ), poate excita elementul de temporizare 3 numai dacă releul direcţional 2 este acţionat, adică puterea de scurtcircuit (curentul de scurtcircuit) are sensul spre zona protejată. Deci releul direcţional analizează (selectează) zona unde are loc scurtcircuitul şi numai dacă acesta afectează elementul protejat şi dacă defectul durează un timp mai mare decât temporizarea reglată prin elementul de temporizare, se excită releul de comandă 4 care transmite comanda de declanşare la întreruptor.

I pp

9.4.4. PROTECŢIA DIFERENŢIALĂ

Este o protecţie de curent care intră în funcţiune pe baza diferenţei curenţilor ΔI de la capetele laturilor prin care zona protejată se leagă cu exteriorul. Diferenţa respectivă ΔI este sesizată de un element de pornire care intră în funcţiune numai dacă ΔI ≠ 0.

În funcţionarea normală, această diferenţă ΔI este egală cu zero. Dacă apare un defect în afara elementului protejat (zonei protejate), curenţii de la capetele zonei protejate se modifică ca valoare dar diferenţa ΔI rămâne egală tot cu zero. În schimb, dacă defectul (scurtcircuitul) se produce în zona protejată, curenţii pe laturi se modifică astfel încât ΔI devine diferit de zero, iar protecţia intră în funcţiune.

Faptul că numai când defectul are loc în interiorul zonei protejate ΔI ≠ 0, permite să se diferenţieze un defect din interiorul zonei protejate de unul din afara acesteia, ceea ce asigură condiţia de selectivitate a protecţiilor diferenţiale.

Întrucât protecţiile diferenţiale acţionează funcţie de diferenţa ΔI a curenţilor de la capetele elementului protejat (de pe circuitele de legătură a acestuia cu elementele exterioare zonei protejate) - diferenţă care în regim normal trebuie să fie egală cu zero - curentul de pornire al acestor protecţii nu trebuie să fie influenţat de curenţii nominali sau de sarcină maximă ai circuitelor de la capetele elementului protejat, cum era necesar la protecţiile de curent. Curentul de pornire al acestor protecţii, poate fi mai mic decât curenţii nominali ai circuitelor respective, ceea ce conduce la mărirea sensibilităţii protecţiei.

Există două categorii de protecţii diferenţiale: protecţie diferenţială longitudinală; protecţie diferenţială transversală.

Protecţia diferenţială longitudinală, se aplică elementelor circuitelor primare care, din punct de vedere electric, pot fi echivalate cu o latură (elementele sunt prevăzute cu două capete - fig. 9.8) sau un nod de reţea ( elementele sunt prevăzute cu mai mult de trei laturi - fig. 9.9), la capetele căror laturi se măsoară curentul.

Fig. 9.8

Fig. 9.9

Această protecţie acţionează în cazul în care suma algebrică a curenţilor de la capetele (pe laturile) elementului protejat nu este egală cu zero, respectiv când diferenţa ΔI dintre curenţii care intră în zonă şi curenţii care iasă din zonă este diferită de zero, adică dacă

≠

I int∑ Iies∑ΔI I Iies= −∑∑ int 0 .

Protecţia diferenţială transversală, se aplică la capetele de intrare sau ieşire a două laturi identice ale unui element primar, care funcţionează în paralel (fig. 9.10).

Fig. 9.10

Protecţia acţionează când diferenţa curenţilor pe cele două laturi este diferită de zero,

lucru care se întâmplă când pe una din laturi se produce un defect. (scurtcircuit), iar pentru a sesiza şi deconecta numai latura (linia) pe care s-a produs defectul este necesar şi elementul (releul) direcţional.

9.4.5. PROTECŢIA DE DISTANŢĂ Protecţia de distanţă este o protecţie universală care în orice regim şi în reţele de orice configuraţie

realizează separarea elementului protejat cu atât mai rapid cu cât defectul se produce mai aproape de locul de instalare a ei.

În cazul unui scurtcircuit în zona protejată, are loc o creştere importantă a curentului I şi o scădere mare a tensiunii , prin urmare are loc o considerabilă scădere a raportului U U I , deci a impedanţei Z a elementului protejat, a cărei valoare depinde de distanţa de la locul de măsurare a acestor mărimi ( şi U I ) până la locul de scurtcircuit.

Elementul principal al unei astfel de protecţii, care acţionează atunci când impedanţa elementului protejat se micşorează sensibil datorită apariţiei unui scurtcircuit, este releul de impedanţă. Protecţia de distanţă cuprinde, în general, patru tipuri de elemente: - elementul de pornire (releu de curent sau de impedanţă minimă), care sesizează apariţia defectului;

Z- elementele de măsură a impedanţei (relee de impedanţă cu diferite valori ale impedanţei de pornire), care măsoară distanţa (valoarea impedanţei) până la locul de scurtcircuit;

pr

- elemente de timp (relee de timp), care realizează temporizările pe diferite trepte de acţionare (vezi fig. 9.11); t a

Fig. 9.11

Protecţia comandă declanşarea întreruptorului la

care este instalată cu o temporizare, în general în trepte pe zone cum se arată în fig. 9.11, care este cu atât mai mare cu cât distanţa până la locul defect este mai mare.

- element direcţional (releu direcţional), care asigură selectivitatea protecţiei, determinând zona în care s-a produs defectul.

Fig. 9.12

În figura 9.12 este reprezentată schema de principiu a unei variante de protecţie de distanţă, pentru obţinerea caracteristicii în trepte din fig. 9.11.Semnificaţia notaţiilor este următoarea:

4 - elementul de pornire (releu de curent); 5 - elementul (releul) direcţional; 1 şi 2 - releele de impedanţă destinate a acţiona la

defecte în zonele I şi II; 3’ şi 3 - elemente de temporizare (relee de timp) care

asigură temporizările corespunzătoare zonelor II şi III;

6 - elementul de execuţie (releul de comandă) care comandă declanşarea întreruptorului;

S - elementul (releul) de semnalizare care semnalizează acţionarea protecţiei.

Pentru funcţionarea corectă a schemei de protecţie, trebuie realizate următoarele reglaje ale elementelor schemei: - curentul de pornire al releului de curent trebuie să fie mai mic decât curentul de scurtcircuit în punctul cel mai

îndepărtat din zona a III-a; - releul direcţional este acţionat când scurtcircuitul se produce în oricare zonă din cele trei ale zonei protejate şi

nu va fi acţionat când scurtcircuitul se produce în afara zonei protejate. - releul de distanţă 1 are o valoare de pornire egală cu impedanţa măsurată de el, când scurtcircuitul are loc în

punctul B (la distanţa AB), la limita zonei I din figura 9.11; - releul de distanţă 2 are o impedanţă de pornire egală cu impedanţa măsurată de el, când scurtcircuitul se

produce în punctul C (la distanţa AC), la capătul zonei II din figura 9.11; - releul de timp 3’ are o temporizare egală cu timpul de acţionare al protecţiei în zona II, iar releul de timp 3

are o temporizare egală cu timpul de acţionare al protecţiei în zona III ( <. ). t a2

t a3 t a2 t a3

Cu adoptarea acestor reglaje, schema din figura 9.12 asigură obţinerea caracteristicii în trepte din figura 9.11, lucru care rezultă din analiza funcţionării schemei la scurtcircuite în diferite puncte ale zonei protejate.

Astfel, la un scurtcircuit în zona I (în oricare punct pe distanţa AB), îşi închid contactele releele 4, 5 şi cele de impedanţă 1 şi 2 (deoarece pentru ambele impedanţa măsurată este mai mică decât cea de pornire) şi se excită releele de timp 3’ şi 3. Releul 1, al cărui contact primeşte plusul direct de la releul de pornire 4 şi releul direcţional 5, excită releul intermediar 6 care transmite comanda de declanşare la întreruptor, defectul fiind astfel lichidat aproape instantaneu (cu timpul propriu al releelor şi al întreruptorului), deci cu timpul t , al zonei I. a1

La un scurtcircuit în zona II (în oricare punct pe distanţa BC), îşi vor închide contactele releele 4 şi 5, se excită releele de timp 3’ şi 3, iar dintre releele de impedanţă îşi închide contactul numai releul 2, întrucât numai pentru acest releu impedanţa măsurată până la locul scurtcircuitului este mai mică decât impedanţa de pornire. Ca urmare, releul 2 va fi cel care excită releul intermediar 6, după ce îşi va închide contactul releul de timp 3’. Deci numai după trecerea temporizării la care este reglat acest releu de timp se va transmite comanda de declanşare la întreruptor. În acest mod, orice defect din cuprinsul zonei II este lichidat cu temporizarea , a treptei a II-a a caracteristicii protecţiei din figura 9.11.

t a2

t a2

La un scurtcircuit în zona III (în oricare punct la o distanţă mai mare de punctul C, lungimea acestei zone fiind limitată numai de sensibilitatea releului de pornire 4), îşi închid contactele releele 4 şi 5, se excită releele de timp 3’ şi 3, iar releele de impedanţă 1 şi 2 nu îşi mai închid contactele deoarece impedanţa măsurată de ambele este mai mare decât impedanţele lor de pornire. Ca urmare, când releul de timp 3’ îşi va închide contactul - după trecerea temporizării t - el nu va putea excita releul intermediar 6, deoarece contactul releului de impedanţă 2 este deschis. Deci, releul intermediar 6 va fi excitat de către releul de timp 3 în momentul închideri contactului, numai după trecerea temporizării - egală cu temporizarea zonei III - comandând în acest moment declanşarea întreruptorului. În acest mod, orice defect din cuprinsul zonei III este lichidat cu temporizarea , a treptei a III-a a caracteristicii protecţiei din figura 9.11.

a2

t a3

t a3

Observaţie: Se precizează că, releele de impedanţă, în schemele trifilare ale protecţiilor de distanţă se alimentează astfel încât să măsoare, în cazul unui defect, o impedanţă proporţională cu distanţa dintre locul de montare a protecţiei şi locul defect, indiferent de tipul scurtcircuitului (trifazat, bifazat între anumite faze etc.).

9.4.6. PROTECŢIA CU FILTRE (HOMOPOLARĂ)

Întrucât filtrele de componentă de secvenţă homopolară se realizează extrem de simplu (prin montajul Holmgreen a trei transformatoare de curent şi/sau transformator toroidal), iar cel mai mare procentaj (85%) al defectelor îl constituie scurtcircuitele monofazate, respectiv punerile la pământ, aceste filtre sunt folosite pe scară largă, protecţiile corespunzătoare fiind numite protecţii homopolare. Astfel, se întâlnesc:

- protecţii maximale de curent homopolar (fig. 9.13); - protecţii homopolare direcţionale (fig. 9.14); - protecţii cu relee sensibile la curenţi homopolari de armonici superioare.

Fig. 9.13

Fig. 9.14

Aceste protecţii utilizate în reţelele cu neutrul izolat sau compensate, de regulă doar semnalizează producerea

defectului. Totuşi, există şi situaţii când comanda declanşării întreruptoarelor este obligatorie şi anume: - în situaţiile când durata de intervenţie a personalului de exploatare pentru izolarea locului defect depăşeşte timpul de menţinere a stabilităţii termice a prizelor de pământ; - în instalaţiile în care din punct de vedere al protecţiei muncii (pericole de electrocutare, explozii, incendii etc.), nu se admite funcţionarea cu o punere la pământ.

9.4.7. PROTECŢII CU CANAL DE TRANSMISIE

Aceste protecţii sunt folosite la liniile de interconexiune de înaltă tensiune şi, de fapt, sunt constituite din protecţiile obişnuite ale întreruptoarelor de la capetele liniei, aflate la mare distanţă, combinate cu unele dispozitive de emisie-recepţie şi a unor canale pentru transmiterea unor semnale între aceste protecţii, pentru asigurarea simultaneităţii declanşării rapide şi selective a întreruptoarelor de la ambele capete ale liniei, în cazul unui defect pe linia respectivă. Canalele pentru transmiterea semnalelor pot fi:

a) conductoarele liniei de protejat, prin care circulă curenţi de frecvenţă înaltă; b) canale radio, în bandă FIF sau bandă VIF (cu microunde); c) canalele reţelei de telecomunicaţii (fibre optice); d) cablu pilot.

Protecţiile care utilizează canale de transmisie de tipul a, b, sau c se numesc protecţii prin curenţi de înaltă frecvenţă.

La liniile de foarte înaltă tensiune (220 - 750 kV), protecţia cu canal de transmisie întâlnită în exploatare este protecţia de distanţă cu canal de transmisie. Protecţia de distanţă de la fiecare capăt al liniei este completată cu dispozitive auxiliare şi instalaţii de emisie recepţie, care printr-un canal de transmisie, transmit şi/sau primesc comenzi pentru a realiza una dintre funcţiile:

- prelungirea treptei rapide sau accelerarea treptei a doua (protecţie cu treaptă scurtă - zonă redusă - şi accelerare);

- declanşarea rapidă, cu control local al demarajului şi al direcţiei (protecţie cu treaptă scurtă - zonă redusă - şi permisie).

9.4.8. PROTECŢII COMPARATIVE LONGITUDINALE

Aceste protecţii se utilizează, de regulă, la liniile electrice de transport scurte, şi sunt tot cu canal de transmisie, dar principiul de funcţionare constă în aceea că se comandă declanşarea întreruptoarelor de la capetele liniei, pe baza comparării unor mărimi de la cele două capete, mărimi între care, în cazul unui defect, există o anumită relaţie determinată. Legătură între cele două capete ale liniei poate fi realizată, ca şi în cazul protecţiilor cu canal de transmisie:

- fie prin conductoare auxiliare de legătură între protecţiile din cele două capete ale liniei (cablu pilot);

- fie prin intermediul curenţilor de înaltă frecvenţă. În exploatare se întâlnesc următoarele categorii de protecţii comparative longitudinale: b) Protecţia comparativă de curent (protecţia diferenţială longitudinală). Protecţia

compară sensul (convenţional) de circulaţie de la cele două capete ale liniei, pe baza principiului diferenţial, de unde şi denumirea de protecţie diferenţială longitudinală. Curenţii secundari ai transformatoarelor de curent de la cele două capete ale liniei sunt comparaţi între ei, ca valoare şi fază, iar această comparaţie permite (ca la orice protecţie diferenţială) determinarea poziţiei defectului (în interiorul sau în exteriorul liniei protejate).

Pentru compararea curenţilor secundari din secundarele transformatoarelor de curent de la cele două capete ale liniei, se pot realiza:

legături prin trei fire - protecţia diferenţială longitudinală cu curenţi de circulaţie (fig.9.15);

Fig. 9.15

În schema din figura 9.15, la funcţionarea normală sau în cazul defectelor exterioare, curenţii şi la cele

două capete ale liniei sunt egali ca valoare şi au acelaşi sens (săgeţile trasate cu linie continuă), deci prin relee diferenţiale 1 şi 2 nu circulă nici un curent (a se urmări săgeţile trasate cu linie continuă în circuitele secundare).

I1 I 2

La apariţia unui scurtcircuit pe linie, când linia este alimentată de la ambele capete, sensurile celor doi curenţi I şi I sunt opuse (săgeţile trasate cu linie întreruptă), iar când este alimentată numai de la un singur capăt, la celălalt capăt curentul este nul şi ca urmare releele diferenţiale sunt parcurse de curent (a se urmări săgeţile trasate cu linie întreruptă în circuitele secundare) şi comandă declanşarea liniei.

1 2

Deci, intrarea în funcţiune a protecţiei este provocată de diferenţa curenţilor din secundarele transformatoarelor de curent, motiv pentru care se numeşte protecţia diferenţială longitudinală cu curenţi de circulaţie.

legături prin două fire – protecţia diferenţială longitudinală cu echilibrarea tensiunilor (fig.9.16).

Fig. 9.16

Fig. 9.17 În schema din figura 9.16, transformatoarele de curent de la cele două capete a liniei se leagă între ele astfel

încât tensiunile lor electromotoare să fie în opoziţie (săgeţile trasate cu linie continuă), la funcţionare normală sau în cazul defectelor exterioare (când curenţii pe linie la cele două capete au acelaşi sens). Întrucât, în acest caz, curenţii pe linie sunt egali (neglijând curenţii capacitivi de pierderi ai liniei), t.e.m. ale celor două transformatoare de curent sunt egale şi deci prin releele diferenţiale 1 şi 2 nu trece curent, deci protecţia nu acţionează. La apariţia unui defect pe linie, curenţii pe linie sunt de sensuri contrare şi ca urmare t.e.m. din secundarele transformatoarelor de curent sunt de acelaşi sens (săgeţile cu linie întreruptă), sau una dintre ele dispare în cazul alimentării de la un singur capăt, astfel prin releele diferenţiale trece curent şi acestea comandă declanşarea. Deci, intrarea în funcţiune a protecţiei este provocată de sensul t.e.m. din secundarele transformatoarelor de curent, motiv pentru care se numeşte protecţia diferenţială longitudinală cu echilibrarea tensiunilor.

Trebuie observat că, în cazul acestei scheme, în funcţionarea normală, prin înfăşurările secundare ale transformatoarelor de curent nu circulă nici un curent şi deci acestea funcţionează în gol, ceea ce nu este admisibil. Datorită acestui fapt, în schemele reale se prevăd rezistenţe R (fig. 9.17) pe care debitează transformatoarele de curent, creând în acestea căderi de tensiune care sunt aplicate releelor diferenţiale, întocmai ca şi t.e.m. ale transformatoarelor de curent în schema din figura 9.16.

b) Protecţia comparativă de fază este tot o protecţie diferenţială longitudinală dar mai complicată decât cea comparativă de curent, fiindcă foloseşte aparataj electronic care efectuează compararea fazelor curenţilor de la cele două capete ale liniei.

Dispozitivul protecţiei comparative de fază realizează transmiterea unui semnal (printr-un canal de înaltă frecvenţă) de la fiecare capăt la celălalt, în momentul trecerii prin zero a curentului de la capătul respectiv. Dacă semnalul primit la un capăt nu coincide în timp cu trecerea prin zero a curentului de la acel capăt, se comandă declanşarea întreruptorului.

În funcţionarea normală sau în cazul unui defect exterior, curenţii la cele două capete ale liniei sunt în fază, adică trec prin valoarea zero în acelaşi moment (dacă nu se ia în considerare defazajul, neglijabil, datorat pierderilor prin izolaţia liniei şi prin capacităţile acesteia), şi deci nu se comandă declanşarea întreruptorului. La un scurtcircuit pe linie, acest lucru nu se mai întâmplă şi ca urmare protecţiile comandă declanşarea întreruptoarelor.

Dispozitivul este construit astfel încât să ţină seama, pe de o parte, de defazajul curenţilor datorat pierderilor pe linie, iar pe de altă parte de timpul necesar semnalului pentru parcurgerea distanţei dintre cele două capete. De asemenea, dacă linia este alimentată de la un singur capăt, de la capătul nealimentat nu va sosi la capătul dinspre sursă nici un semnal (deoarece la un scurtcircuit pe linie, de la acest capăt, nu circulă curent), dar protecţia este astfel realizată încât să comande declanşarea la capătul dinspre alimentare.

c) Protecţia comparativă direcţională (fig.9.18).

Fig. 9.18

La fiecare capăt de alimentare a liniei se

prevede câte o protecţie maximală de curent temporizată (releele 1, 3, 4 şi respectiv 1’, 3’, 4’) completată cu control direcţional (releele 2 şi 2’) şi un releu intermediar suplimentar (5 şi 5’).

Protecţia funcţionează după cum urmează:

K- la un scurtcircuit pe linie (în ), cu controlul direcţiei (spre linie), fiecare protecţie va demara treptele de curent temporizate (excită releele de timp 3 şi 3’) şi va emite spre capătul opus al liniei un semnal (fără temporizare) care excită releele intermediare 5 şi 5’, prin contactele cărora se va comanda declanşarea rapidă a întreruptoarelor;

1

- la un scurtcircuit exterior (în ), va acţiona releul direcţional (releul 2) numai de la un capăt al liniei (cel de la capătul S), care va demara treapta de temporizare (excită releul 3) şi va emite un semnal (fără temporizare) spre capătul opus al liniei (la releul 5’ de la capătul S’), dar releul direcţional de la capătul opus (releul 2’) nefiind acţionat, semnal respectiv nu va provoca şi declanşarea întreruptorului de la acest capăt, astfel că numai după trecerea temporizării releului de timp (releul 3) de la capătul unde a acţionat releul direcţional va avea loc declanşarea întreruptorului de la acest capăt (bineînţeles dacă pe perioada temporizării defectul nu a fost eliminat prin declanşarea unui întreruptor mai apropiat de acesta).

K2

9.4.9. PROTECŢIA CU RELEU DE GAZE

Este o protecţie instantanee, elementul de pornire fiind releul de gaze (releul Bucholz sau releu de protecţie RS - 100). Funcţionarea acestei protecţii se bazează pe apariţia gazelor care se degajă din ulei la apariţia unui scurtcircuit în interiorul cuvei transformatorului sau a comutatorului de ploturi.

Releul Bucholtz (fig. 9.19) se montează pe conducta de legătură dintre conservator şi cuvă ( RG în figura 9.20).

Fig. 9.19

Fig. 9.20

Releul de gaze, cunoscut şi sub numele de releu Bucholtz, în principiu este format dintr-o carcasă (incintă)

în care se află, unul sub altul, două flotoare F1 şi F2 (fig. 9.19), echipate cu contacte, de forma unor întreruptoare basculante cu mercur sau întreruptoare magnetice. Flotoarele reprezintă nişte cilindrii sau palete metalice, care pot oscila în jurul unor axe fixe O si O . 1 2

Principiul de funcţionare a releului de gaze se bazează pe faptul ca orice încălzire din interiorul trans-formatorului influenţează în mod distrugător asupra izolaţiei acelei piese în care are loc. În consecinţă, totdeauna apare o anumită cantitate de gaze, datorită descompunerii izolaţiei, care se elimină cu o iuţeală mai mare sau mai mică, determinată de intensitatea procesului termic. Gazele care se formează se ridică în sus şi în condiţii normale ies din cuvă spre conservator prin ţeava de legătură pe care este plasat releul Bucholtz (vezi fig. 9.20).

În regim de funcţionare normală a transformatorului, incinta releului este umplută cu ulei astfel încât

flotoarele plutesc deasupra axelor lor de rotaţie şi menţin deschise contactele (vezi fig. 9.21a). Dacă în transformator se produce un defect însoţit de o slabă degajare de gaze, acestea se adună în partea

de sus a incintei releului, refulând uleiul în jos. Primul flotor coboară, contactul său se închide şi acţionează asupra unui circuit de semnalizare. Refularea uleiului se produce până la nivelul ţevii de comunicaţie a conservatorului de ulei cu cuva transformatorului, gazele fiind în continuare refulate în conservator, iar de aici în atmosferă. Flotorul inferior continuă să plutească şi releul nu comandă deconectarea transformatorului (vezi fig. 9.21b). Intensitatea procesului care are loc se poate deduce după viteza refulării gazelor, pentru a cărei vizualizare, în peretele lateral al incintei releului este prevăzut un vizor. O mare importanţă are, de asemenea, culoarea gazului şi anume: o culoare deschisă a gazului indică distrugerea hârtiei, cea galbenă, a lemnului, iar cea închis, a uleiului. În caz de nevoie se poate face analiza gazelor, luând o cantitate oarecare prin robinetul din capacul incintei.

Când defectul este însoţit de o formare foarte intensă de gaze, fluxul de ulei şi gaze care este refulat din cuvă, cu mare viteză, în conservator, răstoarnă flotorul inferior (vezi fig. 9.21c), care-şi închide contactul şi comandă, practic instantaneu, deconectarea transformatorului de la reţea.

Dacă, din anumite motive, nivelul uleiului din transformator începe sa scadă (datorită unui defect de etanşare a cuvei sau a unei scăderi importante a temperaturii sub limitele prevăzute), releul acţionează mai întâi asupra circuitului de semnalizare şi apoi comandă scoaterea transformatorului din funcţiune (vezi fig. 9.21d).

a b c d Fig. 9.21

Releu de protecţie RS - 100. Acesta se foloseşte, în special, pentru protecţia împotriva defectelor în comutatorul de ploturi sub sarcină. Este construit dintr-o carcasă turnată din aliaj de aluminiu prevăzută cu două vizoare dispuse faţă în faţă pe pereţii laterali ai acesteia şi se montează pe conducta dintre cuva proprie a comutatorului şi conservatorul de ulei al transformatorului.

În interiorul carcasei este montat releul propriu-zis compus în principal din: clapetă care basculează în jurul unui ax putând ocupa numai următoarele două poziţii: o poziţie normală de

lucru “în funcţiune” în care clapeta opturează orificiul care face legătura cu racordul dinspre comutator şi o poziţie de avarie “decuplat” când clapeta eliberează orificiul ce face legătura releului cu racordul dinspre comutator, când în dreptul vizoarelor carcasei apare culoarea roşie;

un sistem de blocaje care menţine clapeta în una din cele două poziţii; o pârghie solidară cu clapeta; un întreruptor basculant cu mercur, fixat de pârghia sus amintită, care are un contact normal închis şi unul

normal deschis; două butoane situate în partea superioară a carcasei, unul marcat “decuplat” care serveşte la verificarea

funcţionării releului şi celălalt marcat “în funcţiune” care serveşte la readucerea clapetei în poziţia normală, după o acţionare.

Clapeta are o mică decupare pentru a permite evacuarea gazelor care apar la funcţionarea normală a comutatorului. Atunci când apare un defect în comutator, concretizat prin formarea unui arc electric, presiunea în cuva comutatorului creşte brusc şi uleiul este împins cu putere în conductă spre conservator, pe care este montat releul. Jetul de ulei şi gaze întâlnind clapeta, o împinge, aducând-o în poziţia “decuplat”. Acest lucru se produce numai dacă viteza jetului de ulei este de minim 0,9 m/s. La viteze mai mici a jetului de ulei şi gaze care ia naştere la funcţionarea normală a comutatorului, clapeta rămâne în poziţia normală de lucru “în funcţiune”.

La trecerea clapetei în poziţia “decuplat”, contactul normal închis al întreruptorului basculant se deschide, iar cel normal deschis se închide, rămânând blocate în aceste poziţii. Releul acţionând numai la avarii foarte grave în comutator, va da comanda de declanşare a întreruptoarelor atât pe partea primară cât şi pe partea secundară a transformatorului. Întreruptoarele nu mai pot fi anclanşate până nu se aduce releul în poziţia normală de lucru prin apăsarea pe butonul “în funcţiune”.

9.5. DOMENIILE DE UTILIZARE A PROTECŢIILOR PRIN RELEE

9.5.1. PROTECŢIILE (AUTO)TRANSFORMATOARELOR ELECTRICE

Transformatoarele se prevăd cu protecţii prin relee atât împotriva defectelor cât şi a regimurilor anormale de funcţionare. Defecte ale transformatoarelor sunt considerate acelea care apar în interiorul (cuva) transformatorului sau pe conductoarele de legătură dintre bornele acestuia şi întreruptoarele celulelor de transformator din cadrul instalaţiilor de conexiuni între care face legătura transformatorul respectiv.

Pentru a acoperii întreaga gamă de defecte şi regimuri anormale de funcţionare care pot afecta funcţionarea transformatoarelor în exploatare, acestea se pot echipa cu mai multe tipuri de protecţii, funcţie de natura defectului, respectiv a regimului anormal de funcţionare posibil să se producă şi de gradul de siguranţă în funcţionare care se doreşte a fi asigurat.

Transformatoarele trebuie prevăzute cu protecţii prin relee împotriva următoarelor defecte, respectiv regimuri anormale de funcţionare: • Scăderea nivelului uleiului şi degajări de gaze provocate de defecte în interiorul cuvei:

protecţia de gaze cu releu Bucholz; protecţia de gaze cu releu de presiune.

• Scurtcircuite interioare între înfăşurări sau între spirele aceleiaşi înfăşurări, sau la borne: protecţia maximală de curent; protecţia de distanţă; protecţia diferenţială longitudinală.

• Scurtcircuite monofazate ale înfăşurărilor conectate la reţele cu neutrul legat direct la pământ sau tratat cu rezistenţă:

protecţia maximală de curent homopolar; protecţia maximală de curent homopolar direcţională; protecţia maximală de tensiune homopolară.

• Supracurenţi prin înfăşurări, provocaţi de scurtcircuite exterioare: protecţia maximală de curent; protecţia de distanţă.

• Supracurenţi prin înfăşurări provocaţi de suprasarcini; protecţia de suprasarcină.

Observaţie. Transformatoarele pot fi echipate şi cu alte protecţii tehnologice specifice prevăzute de constructorul transformatorului, care să comande semnalizarea preventivă sau declanşarea întreruptoarelor:

protecţie de supratemperatură; de scăderea nivelului uleiului în conservator; de oprire a circulaţiei uleiului etc. De asemenea, se precizează că în cazul transformatoarelor echipate cu acţionare separată pe pol (fază)

există protecţie împotriva rămânerii în regim incomplet de faze care va comanda declanşarea tuturor întreruptoarelor transformatorului.

9.5.2. PROTECŢIILE LINIILOR ELECTRICE

Protecţia liniilor electrice reprezintă o problemă mai complexă decât protecţia

transformatoarelor, întrucât tipul şi schema protecţiei adoptate depind de o serie de factori, printre care se pot enumera: tratarea neutrului reţelei, configuraţia reţelei, construcţia liniei, condiţii de stabilitate a sistemului electroenergetic etc.

Tratarea neutrului reţelei are influenţă hotărâtoare asupra alegerii şi modului de alimentare a elementului de pornire al protecţiei şi a sensibilităţii acesteia, deoarece de modul de tratare al neutrului depind decisiv valorile tensiunilor şi ale intensităţii curenţilor în cazul unui defect.

Configuraţia reţelei din care face parte linia electrică, reprezintă unul din factorii esenţiali în alegere modului de realizare a selectivităţii protecţiei liniei. Astfel, pentru reţele radiale (alimentate de la un capăt) se pot adopta protecţii foarte simple, în timp ce în reţelele buclate (în care liniile sunt alimentate la ambele capete) şi cele complexe (reţele în care se găsesc noduri cu posibilităţi de alimentare din cel puţin trei direcţii), selectivitatea poate fi asigurată numai prin adoptarea unor măsuri speciale.

Construcţia liniei influenţează numărul şi caracterul defectelor. Astfel, datele statistice arată că cele mai multe defecte se produc la liniile aeriene şi ponderea cea mai mare o au punerile la pământ, pe când la liniile în cablu (subterane) defectele se produc prin distrugerea izolaţiei şi în majoritate sunt scurtcircuite trifazate.

Condiţiile de stabilitate a sistemului electroenergetic impun rapiditatea în lichidarea defectelor, pentru a se preîntâmpina pierderea stabilităţii funcţionări generatoarelor care funcţionează în paralel.

Funcţie de modul de tratare a neutrului şi ţinând cont de configuraţia reţelei din care fac parte, liniile electrice sunt echipate cu următoarele protecţii:

A) Reţele cu neutrul izolat sau tratat cu bobină de stingere. Acestea sunt reţele de medie tensiune, de

regulă radiale sau buclate, iar liniile electrice aeriene şi în cablu din componenţa lor pot fi protejate, funcţie de tipul defectului (scurtcircuite între faze cu sau fără punere la pământ, dublă punere la pământ pe faze diferite, simplă punere la pământ) care este posibil să se producă, cu următoarele tipuri de protecţii:

• Împotriva scurtcircuitelor între faze (cu sau fără punere la pământ) şi împotriva punerilor la pământ pe două faze (duble puneri la pământ, pe faze diferite):

protecţie maximală de curent; protecţie de distanţă; protecţie diferenţială longitudinală; protecţie diferenţială transversală; protecţia maximală de curent de secvenţă inversă.

• Împotriva punerilor la pământ simple: protecţie maximală de curent homopolar, temporizată sau netemporizată; protecţie selectivă cu relee sensibile la conţinutul de armonici superioare din curentul homopolar; protecţie direcţională homopolară.

• Împotriva suprasarcinilor: Pe liniile în cablu care prezintă o supraîncărcare sistematică, se instalează o protecţie maximală de curent (de suprasarcină) pe o singură fază, care comandă doar semnalizarea preventivă (fără să comande descărcarea automată a sarcinii sau declanşarea liniei) în cazul staţiilor cu personal permanent.

B) Reţele cu neutrul legat la pământ prin rezistenţă. Acestea, de asemenea sunt reţele de medie

tensiune, de regulă radiale sau buclate, iar defectele şi regimurile anormale de funcţionare care pot avea loc sunt scurtcircuite polifazate şi/sau monofazate, respectiv suprasarcină.

Împotriva suprasarcinilor se prevede o protecţie ca şi în cazul reţelelor cu neutrul izolat sau tratat cu bobină de stingere, iar împotriva scurtcircuitelor polifazate şi monofazate liniile sunt prevăzute cu protecţii de bază şi de rezervă după cum urmează:

a) Protecţii de bază: protecţia maximală de curent; protecţia de distanţ; protecţia diferenţială longitudinală sau transversală (la linii dublu circuit).

b) Protecţia de rezervă: protecţia maximală de curent homopolar.

C) Reţele cu neutrul legat direct la pământ. Acestea sunt reţele de înaltă tensiune ( kV ) radiale, buclate sau complexe, în care se pot produce toate tipurile de scurtcircuite (simetrice şi nesimetrice).

U n ≥ 110

n ≥ 400Liniile electrice sunt prevăzute cu protecţii de bază şi de rezervă împotriva scurtcircuitelor (monofazate şi

polifazate), iar liniile aeriene de foarte înaltă tensiune ( kV ) sunt prevăzute în unele cazuri şi cu protecţii împotriva creşterii periculoase a tensiunii. Totodată, liniile cu o lungime de cel puţin 20 km vor fi prevăzute, de regulă, la unul dintre capete (care trebuie să fie într-o staţie cu personal sau telecondusă), cu dispozitive de localizare automată a defectelor pe linie (locatoare de defect), dacă funcţia de locator de defect pentru linia respectivă nu este prevăzută într-o protecţie de distanţă sau înregistrator de avarie (oscilograf). De asemenea, liniile în cablu vor fi prevăzute cu o protecţie de suprasarcină, de regulă, monofazată, în cazurile în care este posibilă o supraîncărcare a cablului. Se admite ca protecţia de suprasarcină să acţioneze doar semnalizarea preventivă (fără să comande descărcarea automată a sarcinii sau declanşarea liniei) în cazul staţiilor cu personal permanent sau al staţiilor teleconduse.

U

Funcţie de configuraţia reţelei şi nivelul de tensiune, liniile pot fi echipate cu următoarele tipuri de protecţii:

C1) Linii de 110 kV. • Linii radiale (cu sursă la un singur capăt), alimentând una sau mai multe (în derivaţie) staţii

coborâtoare de transformare: a) Protecţii de bază:

protecţie maximală de curent, temporizată; protecţia de distanţă.

b) Protecţii de rezervă: protecţie maximală de curent, temporizată. • Linii cu posibilitate de alimentare bilaterală (de la ambele capete, în cazul liniilor fără derivaţii,

sau de la două capete, în cazul liniilor cu una sau mai multe derivaţii): a) Protecţii de bază:

protecţia de distanţă; protecţia de distanţă cu canal de transmisie.

b) Protecţii de rezervă: protecţie maximală de curent; protecţie comparativă direcţională • Linii cu derivaţii, cu posibilitate de alimentare de la mai mult decât două capete:

a) Protecţia de bază: protecţii de distanţă cu canal de transmisie.

b) Protecţia de rezervă: protecţie comparativă direcţională. • Linii de interconexiune internaţională:

a) Protecţia de bază: protecţia de distanţă cu canal de transmisie.

b) Protecţia de rezervă: protecţie comparativă direcţională.

C2) Linii de 220, 400 şi 750 kV. Protecţia de distanţă. Se prevede ca protecţie de bază la liniile de 220 sau 400 kV radiale (cu sursă la un

singur capăt), alimentând staţii coborâtoare de transformare (fără surse locale). Protecţia va avea trei sau mai multe trepte de impedanţă şi de timp, prima treaptă fiind, de regulă, instantanee (netemporizată). În acest caz, de regulă, protecţia de rezervă va consta dintr-o protecţie maximală de curent de secvenţă homopolară cu blocaj direcţional , cu una sau două trepte.

Protecţia de distanţă cu canal de transmisie. Se utilizează la toate liniile de 220, 400 sau 750 kV, cu excepţia celor radiale (la care se aplică protecţiile de la punctul C2-a).

La fiecare capăt de alimentare, de regulă, se prevăd câte două protecţii de distanţă independente, de tipuri constructive diferite, completate cu câte un canal de transmisie spre capătul opus, pe căi separate. Fiecare protecţie de distanţă va emite, simultan cu ordinul de declanşare a întreruptorului de la capătul local, un semnal prin canalul său de transmisie. Semnalul recepţionat la capătul opus va fi utilizat de către protecţia de distanţă corespondentă, pentru a realiza una din următoarele funcţii:

- prelungirea treptei rapide sau accelerarea treptei a doua (protecţie cu treaptă scurtă - zonă redusă - şi accelerare);

- declanşarea rapidă, cu control local al demarajului şi al direcţiei (protecţie cu treaptă scurtă - zonă redusă - şi permisie).

În ambele situaţii declanşarea rapidă va fi selectivă (pe faze), în cazul utilizării reanclanşării automate monofazate. Protecţia comparativă de fază (protecţia diferenţială longitudinală). Se aplică la liniile de 220 - 750 kV la care defectele trebuie eliminate rapid, oriunde ar fi situate pe linia protejată (de exemplu, din considerente de stabilitate tranzitorie sau la linii cu derivaţii şi posibilitate de alimentare de la mai mult decât două capete), şi înlocuieşte una dintre protecţii (întotdeauna de distanţă). Protecţia trebuie să fie selectivă (pe faze), în cazul utilizării reanclanşării automate monafazate. Echipamentele utilizate la cale două capete vor fi prevăzute şi cu funcţii de protecţie cu selectivitate relativă (cel puţin o treaptă instantanee şi una temporizată), care să rămână în funcţiune în situaţia defectării canalului de transmisie.

Protecţia maximală de curent homopolar, direcţională. Se utilizează la toate liniile de 220 - 750 kV prevăzute cu câte două protecţii de distanţă, în mod suplimentar, integrată în fiecare dintre cele două protecţii de distanţă. Protecţia se realizează cu temporizare invers dependentă de curent sau independentă (în două trepte). Protecţia maximală de tensiune. Se prevede pe liniile aeriene de foarte înaltă tensiune pe care pot să apară supratensiuni, sau după deconectare pot să apară creşteri de tensiune periculoase pentru echipamentul staţiei. Astfel:

- Liniile de 400 kV vor fi prevăzute cu o protecţie maximală de tensiune, trifazată, cu temporizare independentă, dacă din calculele de regim efectuate rezultă că, în urma deconectării de la un capăt al liniei respective sau în alte regimuri posibile, pot să apară creşteri de tensiune periculoase pentru echipamentele staţiei.

- În cazul în care pe barele aceleaşi staţii există mai multe linii care pot provoca supratensiuni temporare periculoase, protecţia maximală de tensiune a liniilor respective va fi completată cu următoarele două criterii de selectivitate (în paralel):

recepţia informaţiei privind deschiderea întreruptorului de la capătul opus al liniei; controlul local al sensului şi valorii puterii reactive şi al valorii curentului (sau al puterii active).

- În funcţie de valorile maximale ale supratensiunilor temporizate rezultate din calcul, protecţia maximală de tensiune va fi realizată cu una sau mai multe trepte de tensiune şi de timp. Protecţia va comanda în primul rând anclanşarea reactoarelor, iar dacă aceasta nu va duce la scăderea tensiunii sub valorile periculoase, protecţia trebuie să comande declanşarea de la ambele capete a liniei care provoacă supratensiunea, precum şi blocarea RAR.

- Pentru eliminarea supratensiunilor de rezonanţă care pot să apară la liniile de 750 kV cu bobine de reactanţă în derivaţie (de compensare), în cazul în care întreruptorul de la un capăt al liniei declanşează trifazat, iar întreruptorul de la capătul opus refuză să declanşeze pe una sau două faze, se va prevedea o treaptă suplimentară de tensiune maximală, care va comanda (din staţia unde întreruptorul este deconectat trifazat), declanşarea uneia dintre bobinele de compensare de pe linia controlată.