CAP
CAP. 8 CIRCUITE SECUNDARE IN INSTALATIILE ELECTROENERGETICE
8.1. Generalitati. Siguranta in functionare a instalatiilor
energetice
Instalatiile electrice din sistemul electroenergetic se pot
clasifica in doua grupe mari: echipamentul primar, prin care
circula energia electrica de la generatoare la consumatori si este
format din generatoare, transformatoare, intreruptoare,
separatoare, linii electrice etc.; echipamentul secundar (sau
circuite secundare) cu ajutorul carora se realizeaza comanda
echipamentului primar si se controleaza functionarea acestuia in
procesul exploatarii. Ele cuprind atat echipamentul cat si
circuitele aferente acestuia, incurent continuu si alternativ.Din
aceasta a doua grupa fac parte aparatele de protectie,
automatizare, masura si control, comanda de la distanta, blocaj,
semnalizare, protectie si control a circuitelor secundare, precum
si conductoarele de legatura intre aparatele unui tablou, panou sau
pupitru si intre aceste aparate si sirurile de cleme etc.La
alegerea aparatajului pentru circuitele secundare trebuie sa se
tina seama de doua categorii de conditii: caracteristici necesare
dictate de schemele electrice in care se incadreaza aparatele
respective; caracteristici legate de modul si locul de montare, de
dimensiunile si aspectul general al instalatiilor.
Acest ansamblu de instalatii au un rol special in functionarea
sistemului electric. Dotarea corespunzatoare cu aparate de
protectie, automatizare si masura corespunzatoare a statiilor
electrice si posturile de transformare in functie de specificul
lor, cum si exploatarea corespunzatoare a instalatiilor de circuite
secundare contribuie in mod substantial la imbunatatirea
functionarii instalatiilor sistemului energetic.Una dintre
principalele conditii care se impun instalatiilor electrice este
aceea a sigurantei in fimctionare, adica a alimentarii continue cu
energie electrica a consumatorilor. Asigurarea functionarii fara
intrerupere a instalatiilor electrice are o importanta deosebita,
atat datorita faptului ca urmarile perturbatiilor in functionare
pot fi foarte grave, cat si faptului ca instalatiile electrice sunt
mai expuse deranjamentelor decat alte genuri de instalatii.
Gravitatea urmarilor provine, in primul rand, din faptul ca un
defect aparat intr-un loc poate deranja functionarea normala a
intregului sistem.Rolul principal al protectiei prin relee si al
automatizarilor folosite in sistemul electroenergetic consta in
limitarea efectelor avarilor aparute si in asigurarea alimentarii
fara intrerupere cu energie electrica a consumatorilor. Acest lucru
se realizeaza prin: separarea automata a instalatiilor defecte: se
efectueaza prin comanda declansarii intreruptoarelor care leaga
instalatia defecta la celelalte elemente ale sistemului electric;
sesizarea regimurilor anormale (nepermise) de functionarea ale
instalatiilor electrice si semnalizarea lor pentru a se preveni
producerea unor avarii.Separarea automata a instalatiilor defecte
de restul sistemului electric urmareste trei obiective: sa
impiedice dezvoltarea defectului, respectiv extinderea efectelor
acestuia, cu afectarea altor instalatii din sistemul electric si cu
eventuala transformare a defectului intr-o avarie dc sistem; sa
preintampine distrugerea instalatiei in care a aparut defectul,
prin intreruperea rapida a tuturor posibilitatilor de alimentare a
defectului; sa restabileasca un regim normal de functionare pentru
restul sistemului electric, asigurand astfel, in conditii cat mai
bune, continuitatea alimentarii consumatorilor cu energie
electrica.Pentru indeplinirea acestor obiective, functionarea
protectiei, care ocupa un loc central in cadrul elementelor si
dispozitivelor de automatizare folosite in sistemele electric, este
in prezent coordonata si combinata din ce in ce mai strans cu
actiunea altor dispozitive de automatizare; acestea controleaza
functionarea in ansamblu a sistemelor energetice si se numesc
automatizari de sistem, respectiv automatizari pentru controlul si
prevenirea avariilor de sistem. O asemenea combinare este necesara
datorita faptului ca modificarea configuratiei unui sistem electric
(rezultata prin actionarea protectiei prin relee pentru izolarea
unui defect) sau variatia brusca a incarcarii sistemului determina
oscilatii de putere in sistem, care ar putea conduce la avarii de
sistem.Pentru a indeplini obiectivele cerute, instalatiile de
protectie, indiferent de tipul sau principiul constructiv pe care
se bazeaza, trebuie sa satisfaca urmatoarele conditii
generate:Rapiditatea. Este necesara o actionare rapida, datorita
pericolului pe care il prezinta intarzierea lichidarii
scurtcircuitelor, cele mai frecvente defecte in sistemul electric.
Scurtcircuitele pot provoca deteriorarea echipamentului, scaderea
importanta a tensiunii si pierderea stabilitatii functionarii in
paralel a generatoarelor electrice in sistem.Sensibilitatea.
Protectia trebuie sa sesizeze toate defectele si regimurile
anormale de functionare, chiar si atunci cand ele se deosebesc doar
cu putin fata de regimul de functionare normala. Sensibilitatea
unei protectii se apreciaza printr-un coeficient de
sensibilitate.Selectivitatea. Protectia trebuie sa deconecteze
numai elementul avariat si sa permita functionarea in continuare a
instalatiilor neavariate.Siguranta. Siguranta functionarii unei
protectii este calitatea acesteia de a actiona totdeauna cand este
necesar (siguranta actionarii =absenta refuzului de functionare) si
numai cand este necesar (siguranta neactionarii =absenta
actionarilor false, intempestive, cand nu au aparut defecte in
instalatia electrica protejata).Independenta fata de conditiile
exploatarii. Protectia prin relee a unei instalatii trebuie sa
actioneze corect, independent de schema de functionare a sistemului
in momentul aparitiei defectului.Actionarea corecta a protectiei
prin relee trebuie verificata pentru regimul maxim si pentru
regimul minim de functionare ale elementului protejat; in regim
maxim se verifica selectivitatea iar in regim minim se verifies
sensibilitatea protectiei.In sistemele electrice moderne,
performantele impuse functionarii protectiei au devenit mai severe,
sporind gradul de dificultate in satisfacerea lor simultana. Ca
urmare, a fost necesar sa creasca si complexitatea protectiilor,
respectiv pentru realizarea functiei de protectie a
instalatiilorelectrice se utilizeaza pe scara tot mai larga
calculatoare numerice sau analogice.8.2. RELEE UTILIZATE IN
INSTALATII DE PROTECTIE SI AUTOMATIZARIIn practica se utilizeaza
diferite tipuri de relee care se deosebesc intre ele prin rolul pe
care-1 au in instalatii, prin constructie si principiul de
functionare .Dupa rolul pe care-1 au in schemele electrice, relee
pot fi clasificate in: relee de protectie si relee sau dispozitive
de automatizare.Relee de protectie sunt aparate care la abaterea,
in sensul cresterii sau descresterii unei marimi electrice (curent,
tensiune, impedanta, frecventa etc.) fata de valoarea reglata,
abatere provocata de aparitia unei defectari a instalatiei sau unei
stari anormale de functionare, actioneaza in unul din urmatoarele
moduri:- comanda separarea partii de instalatie defecte, pentru a
reduce la minim posibil urmarile locale ale defectiunii si
intreruperii alimentarii consumatorilor;- semnalizeaza aparitia
unei stari anormale, pentru a da personalului de supraveghere
posibilitatea unei actionari corespunzatoare.Prin, relee sau
dispozitive de automatizare se inteleg aparatele destinate
efectuarii urmatoarelor operatii principale:- repunerea in
functiune a liniilor electrice, in cazul unor defecte trecatoare,
sau asigurarea continuitatii alimentarii consumatorilor prin cai de
rezerva, in cazul iesirii accidentale din functiune a cailor
principale de alimentare;- limitarea extinderii starilor anormale,
aparute in sistem ca urmare a unor abateri de la parametrii normali
de functionare sau a unor functionari incorecte ale
intreruptoarelor; - reglarea automata a unor parametri ai
sistemului energetic. Dupa natura parametrului controlat se
deosebesc: relee de intensitate (de curent), de tensiune, de
impedanta, de temperatura etc.Dupa modul de conectare in circuit se
deosebesc: relee primare (prin care circula curentul primar din
circuitul protejat) si relee secundare (alimentate prin intermediul
transformatoarelor de masura); relee de timp si relee intermediare
de semnalizare (alimentate prin contactele altor relee sau
dispozitive).Dupa modul de actionare asupra intreruptorului se
deosebesc: relee cu actionare directa, care comanda direct
declansarea intreruptorului si relee cu actionarea indirecta, care
comanda actionarea intreruptorului prin intermediului altor relee
sau dispozitive.Dupa principiul de constructie si functionare,
releele folosite in sistemele electrice pot fi impartite in
urmatoarele categorii principale: relee electromagnetice
(polarizate sau nepolarizate), relee de inductie, relee
magnetoelectrice, relee electrodinamice, relee cu semiconductoare
(relee statice), relee termice si relee de gaze. Fara sa intram in
amanunte de constructie a diferitelor tipuri de relee, facem
urmatoarele mentiuni sumare despre diferite tipuri constructive de
relee.Relee electromagnetice. Sunt foarte sigure in functionare,
simple, robuste si de acea se folosesc pe scara larga in instalatii
de protectie si automatizari. Puterea consumata este relativ
ridicata si de acea, sensibilitatea lor este mai mica decat a altor
categorii de relee. Pe principiul releului electromagnetic sunt
construite diferite tipuri de relee: de curent, de tensiune relee
intermediare, relee de semnalizare, relee de timp etc.Relee
electromagnetice polarizate functioneaza numai in curent continuu
si se caracterizeaza printr-o sensibilitate foarte ridicata,
puterea consumata pentru actionare fiind de ordinul 10~2 -10~5 W
(pentru cele mai sensibile relee electromagnetice nepolarizate,
aceasta putere nu este mai mica de 0,1 W). Timpul propriu de
actionare este de asemenea foarte redus.Relee de inductie. Se
construiesc fie cu disc, fie cu rotor cilindric. Releul maximal de
curent cu temporizare tip RTpC este o constructie cu un releu de
inductie cu disc si un releu electromagnetic. Cu aceste relee se
pot obtine temporizari intre 2 si 10 secunde, curentii de pornire
avand o valoare cuprinsa intre 2,5 si 10 A. Releele de inductie
sunt larg utilizate in protectie, cu ajutorul lor putandu-se obtine
diferite caracteristici necesare de actionare. Ele se realizeaza ca
relee de curent, diferentiale, directionale.Releele
magnetoelectrice functioneaza numai in curent continuu si au cea
mai ridicata sensibilitate; puterea consumata pentru actionare este
foarte mica.Releele electrodinamice au o sensibilitate ridicata
(fara a atinge nivelul releelor magnetoelectrice) insa au un timp
propriu de actionare mai mare decat releele de inductie. Ele pot
functiona atat in curent continuu cat si in curent alternativ,
fiind utilizate mai ales in relee directionale sau de
impedanta.Releele cu semiconductoare au numeroase avantaje:
sensibilitate ridicata, rapiditate in actionare, consum mic, volum
si pret redus, siguranta ridicata (prin absenta partilor mobile si
a contactelor, prin eliminarea influentei vibratiilor).Releele
termice se realizeaza de obicei cu elemente bimetalice si se
folosesc in special la protectia motoarelor electrice de joasa
tensiune.Releele de gaze se utilizeaza la protectia
transformatoarelor si autotransformatoarelor in cuva cu ulei cu
conservator.In prezent, in statiile electrice si in posturile de
transformare cele mai larg utilizate sunt releele secundare cu
actionare indirecta. Ele se folosesc in mod curent in instalatiile
electrice de mare putere. Curentul operativ necesar pentru
circuitul electro-magnetilor de actionare a intreruptoarelor se
obtine fie prin intermediul unui transformator special de curent,
fie de la o sursa separata de curent continuu, figura 8.l.
Calitatea unui releu, indiferent de tipul sau, poate fi apreciata
dupa siguranta functionarii con tactelor, puterea absorbita de
bobine, stabilitatea termica si electrodinamica, eroarea cu care
actioneaza, timpul minim de revenire a mecanismelor, coeficientul
de revenire etc. Releele se caracterizeaza prin urmatorii parametri
mai importanti care de obicei sunt indicati in cataloage si
prospecte:
Figura8.1. Schema de principiu a conectarii unuireleu secundar
de curent maximal cu actiune indirecta si cu alimentarea
circuitului operativ dela o sursa de curent continuu:1 -
transformator de curent; 2 - releu maximalsecundar; 3 - bobina de
declansare; 4 - contact auxilar ICurentul si tensiunea nominala
reprezinta valorile curentului si tensiunii pe care bobinele sau
circuitele releului le pot suporta, in bune conditii, in timp
oricat de indelungat.Valoarea de pornire (de actionare) reprezinta
acea valoare a marimii controlate la care, in cazul releelor cu
elemente mobile si contacte, sistemul mobil al releului se pune in
miscare si inchide contactele sau le deschide.Pentru releele cu
constructie statica (de exemplu cele cu semiconductoare), care nu
au elemente mobile si contacte, prin valoare de pornire se intelege
valoarea marimii controlate la care releul comanda variatia in salt
a marimii din circuitul de iesire.Valoarea de revenire este acea
valoare a marimii controlate la care (pentru relee cu echipaje
mobile) sistemul mobil al releului incepe sa se deplaseze in sens
invers sensului deplasarii in cazul actionarii si continua aceasta
deplasare pana in pozitia initiala de repaus. Pentru releele cu
comutatie statica, prin valoare de revenire se intelege valoarea
marimii controlate la care releul comanda variatia in sens invers
(in raport cu variatia din momentul actionarii) a marimii din
circuitul de iesire.Factorul de revenire este raportul dintre
valoarea de revenire si valoarea de pornire. Cu cat factorul de
revenire este mai apropiat de unitate, cu atat releul este de
calitate mai buna. La releele maximale factorul de revenire este
subunitar, iar la cele rninimale el este supraunitar.Timpul propriu
de actionare al releului este timpul care trece din momentul
variatiei marimilor controlate de releu pana" in momentul
inchiderii (sau deschiderii) depline a contactelor. Pentru releele
cu comutatie statica, el reprezinta durata din momentul variatiei
marimilor controlate pana in momentul variatiei in salt a marimii
din circuitul de iesire al releului.Puterea consumata (puterea de
actionare) este puterea absorbita de releu pentru actionare. Acest
parametru important defineste sensibilitatea releului: cu cat
puterea consumata este mai mare, protectia respectiva va fi mai
putin sensibila. De asemenea, puterea consumata de relee intervine
in calculul transformatoarelor de masura care alimenteaza
protectia.Puterea comandata de contactele releului (puterea de
rupere. capacitatea de comutare) este puterea din circuitul pe care
il pot intrerupe sau stabili contactele releului, fara ca acestea
sa se deterioreze. Puterea contactelor se indica in curent continuu
si in curent alternativ.Pozitia normala a contactelor reprezinta
pozitia pe care o au contactele releului atunci cand prin bobinele
sau circuitele sale de intrare nu circula curent.Eroarea releului
este diferenta dintre valoarea reala de pornire si valoarea marimii
controlate la care releul a fost reglat sa actioneze. Daca aceasta
diferenta se raporteaza la valoarea reglata, se obtine eroarea in
procente. Pentru asigurarea selectivitatii, a sigurantei si a
sensibilitatii, eroarea releului trebuie sa fie cat mai mica,
precizia sa fiind astfel cat mai ridicata.Cursa de inertie
reprezinta timpul in care sistemul mobil al releului (in cazul
releelor electromecanice) continua sa se deplaseze, in virtutea
inertiei, dupa ce cauza care provocase aceasta deplasare a
disparut. Cursa de inertie caracterizeaza calitatea releului si
este necesar sa fie cat mai mici pentru obtinerea unei sigurante de
functionare ridicata.Stabilitatea termica si electrodinamica
reprezinta proprietatea releului de a suporta in timp limitat (fara
nici un fel de deteriorari) efectelc termice si electrodinamice ale
curentului de scurtcircuit.8.3. PRINCIPALELE TIPURI DE PROTECTIE
REALIZATE PRIN RELEE8.3.1. Protectia de curentProtectia maximala de
curent actioneaza in cazul cresterii curentului din circuitul
protejat, ca urma a unui scurtcircuit sau a suprasarcinii. Sunt
deosebit de simple si au o utilizare larga.Aceste protectii se
realizeaza cu relee de intensitate (de curent) care actioneaza
atunci cand curentul din circuitul protejat depaseste o anumita
valoare de prag stabilita, numita curent de pornire (de actionare
al protectiei) notata cu Ipp, adica I > Ipp, unde I este
curentul din circuitul protejat.Pentru ca protectia de curent sa nu
actioneze in regim normaleste necesar ca valoarea curentului de
pornire sa fie superioara valorii curentului nominal Inom si
valorii curentului maxim de sarcina I max sac care pot circula prin
circuitul protejat, respective.
Protectiile maximale de curent nu sunt selective deoarece
cresterea curentului are loc atat la scurtcircuite in instalatia
protejata, cat si la scurtcircuite exterioare zonei protejate.
Pentru asigurarea selectivitatii sunt necesare elemente
suplimentare; in cele mai multe cazuri, sunt prevazute temporizari
in actionare, astfel ca protectia nu poate asigura performanta de
rapiditate. Datorita valorii mari a curentului de pornire,
sensibilitatea protectiilor maximale de curent este de asemenea
redusa. Principala calitate a acestor protectii este simplitatea,
fiind alimentate cu o singura marime electrica.In figura 8.2 este
prezentata schema de principiu (pentru o faza) a protectiei
maximala de curent temporizata cu caracteristica independenta. Se
numeste protectia maximala cu caracteristica independenta datorita
faptului ca temporizarea cu care actioneaza este constanta si
independenta de valoarea curentului de defect.
Figura 8.2. Schema de principiu a protectiei maximale de curent
temporizate, cu caracteristica independentaMult mai rar sunt
folosite protectiile minimale de curent care actioneaza la scaderea
curentului din circuitul protejat.8. 3.2. Protectia de
tensiuneProtectiile de tensiune sunt tot protectii simple,
alimentate cu o singura marime electrica.Protectiile minimale de
tensiune sunt cele mai frecvent utilizate si actioneaza in cazul
scaderii tensiunii, eveniment care are loc la aparitia unui
scurtcircuit. Protectiile minimale de tensiune actioneaza (isi
inchid contactele, cele realizate cu contacte) atunci cand
tensiunea U din circuitul protejat scade sub valoarea reglata
pentru actionarea protectiei, numita tensiunede pornire a
protectiei Upp . Deci, pentru actionarea protectiei este necesar
caUUmax expl8.3.3. Protectia directionalaProtectiile directionale
actioneaza in cazul in care apare o modificarc importanta a
defazajului dintre curentul si tensiunea din circuitul
protejat.Releele directionale sunt de diferite tipuri
(electrodinamice, dc inductie etc.) dar, pentru oricare dintre ele,
momentul care actioneaza asupra echipajului mobil, determinand
inchiderea contactelor, este:M = k*U*I*cos(+), unde: U si I sunt
tensiunea, respectiv curentul aplicat releului; - unghiul dintre
vectorii celor doua marimi;k - factor de proportionalitate; a -
unghi care depinde de caracteristicile releului. Se observa ca U I
cos(+),este expresia unei puteri si se poate spune ca releul
isi
inchide sau nu contactele dupa cum aceasta putere este pozitiva
sau negativa. Din acest motiv, releele directionale se mai numesc
si relee de putere; aceasta putere fictiva nu este puterea care se
scurge spre locul de scurtcircuit, dar sensul ei corespunde
sensului de scugere a puterii de scurtcircuit.Spre deosebire de
relee maximale, la care pentru a se produce actionarea este necesar
si suficient ca un singur parametru (curentul) sa depaseasca o
anumite valoare, la releele directionale, pentru a se obtine cuplul
necesar actionarii contribuie trei parametri (tensiunea, curentul
si unghiul dintre acestea). Orientarea releului este cu atat mai
sigura cu cat unghiul este mai mare; valoarea necesara a acestui
cuplu nu se regleaza in exploatare, ci se cauta pe cale
constructiva ca ea sa fie cat mai mica (micsorandu-se frecarile)
pentru ca sa se obtina o sensibilitate cat mai mare a releului.
Daca M > 0 , releul isi inchide contactele, iar daca M < 0
, echipajul mobil tinde sa se roteasca in sens invers celui
anterior si deci mentine contactele deschise. Conditia de actionare
a unui releu directional este deci:k*U*I*cos(+)>0De obicei,
protectia directionala se utilizeaza in combinatie cu o alta
protectie, de exemplu cu protectia maximala de curent sau cu
protectia de distanta. In acest fel, se realizeaza o actionare
selectiva a protectiei care este determinata nu numai de valoarea
curentului sau impedantei, ci si de sensul de circulatie al
puterii. Se utilizeaza mai ales in retele electrice alimentate de
la una sau mai multe surse.Schema de principiu (pentru o singura
faza) a protectiei maximale directionale a unei linii este
prezentata in figura 8.3.Pentru ca releul de timp 3 sa fie excitat
si sa comande, dupa timpul reglat, declansarea intreruptorului I,
este necesar ca atat curentul sa depaseasca valoarea reglata, si
deci releul maximal de curent 1 sa-si inchida contactele, cat si ca
sensul de scurgere al puterii de scurtcircuit sa fie de la bara
spre linie si deci releul directional 2 sa-si inchida
contactele.Protectia directionala se realizeaza cu relee
directionale de putere care se conecteaza astfel incat sa actioneze
la orice fel de defect pe linia protejata si sa dea comanda de
scoatere a liniei de sub tensiune prin declansarea intreruptoarelor
apropiate.
Figura 8.3. Schema de principiu a protectiei maximale de curent
directionala a unei liniiUnghiul de scurtcircuit (unghiul dintre
tensiunea si curentul de scurtcircuit) depinde de natura
retelei.Exista o multime de combinatii intre tensiunile si curentii
care se aplica releelor pentru a se obtine, in functie de natura
retelei, protectii cu sensibilitate maxima.O schema larg utilizata
de conectare a releelor este schema de 90* reprezentata la figura
8.4. In aceasta schema, releul alimentat cu curentul de pe faza IR
primeste tensiunea UST. si, in mod similar, Is primeste tensiunea
URT
Figura 8.4. Schema de principiu a protectiei maximale de curent
directionale temporizata, realizata dupa schema de 90iar curentul
IT primeste tensiunea URS,. Fiecareia tensiuni intre fazeaplicate
releului i se asociaza curentul unei faze defazate inainte cu 90,
conform diagramei vectoriale din figura 8.5
Figura 8.5. Diagrama vectoriala a unei protectii directionale
realizate dupa schema de 90Schema actioneaza corect in cazul
scurtcircuitelor monofazate si polifazate, insa are o zona moarta
in cazul scurtcircuitelor trifazate (o zona pentru care, la
scurtcircuit, releele nu actioneaza, sunt insensibile). Existenta
zonei moarte se datoreaza faptului ca tensiunile aplicate releelor
de putere tind catre zero atunci cand locul de scurtcircuit
trifazat se apropie de locul de instalare al transformatoarelor de
masura.8.3.4. Protectia diferentialaProtectia diferentiala este
protectia care actioneaza in functie de diferenta a doua marimi.
Marimile care se compara intre ele pot fi: curentii, fazele
curentilor sau fazele tensiunilor la capetele elementului protejat
(linie, generator, transformator etc.).Protectia diferentiala
actioneaza atunci cand apare o diferenta intre valoarea curentilor
de la cele doua capete ale zonei protejate - figura 8.6
In cazul functionarii normale, curentii de la capetele zonei
protejate sunt egali:IA =IB , IA IB = 0Daca apare un defect in
afara zonei protejate, atunci curentii de la capetele zonei
protejate raman egali, adica in continuare si diferenta lor ramane
zero La un defect in interiorul zonei protejate, curentii IAK2 si
IBK2 de la cele doua capete ale zonei protejate nu mai sunt egali.
Pe langa o diferenta intre valorile absolute, apare si un defazaj
important intre cei doi curenti, diferenta lor fiind diferit de
zero, deci:IAK2 - IBK2 0
Principiul diferential permite sa se deosebeasca un defect in
interiorul zonei protejate de un defect aparut in afara acestei
zone; prin urmare, protectiile diferentiale sunt selective.In regim
normal de functionare, diferenta curentilor de la capetele zonei
protejate este egala cu zero; rezulta ca valoarea curentului de
pornire a protectiei diferentiale poate sa fie mai mica decat
valoarea nominala din circuit.Protectiile fiind selective, nu
necesita introducerea unor temporizari pentru asigurarea
selectivitatii; in consecinta sunt protectii rapide.Intrucat
controleaza curentii la ambele capete ale zonei protejate;
protectiile diferentiale se incadreaza in categoria protectiilor
complexe.In figura 8.7 este prezentat principiul de functionare al
protectiei diferentiale de curent, in cazul unui transformator de
putere cu doua infasurari. Se compara valorile si sensurile
curentilor aceleasi faze din cele doua infasurari ale
transformatorului protejat. Transformatorul trebuie sa aiba
instalate, pe fiecare faza a tuturor infasurarilor sale,
transformatoare curent. Infasurarile secundare ale acestora trebuie
legate intre ele astfel incat sa masoare diferenta.In functionare
normala sau in cazul scurtcircuitelor exterioare figura 8.7. a),
id=il-iH. Schema protectiei diferenfiale trebuie sa asigure
egalitatea curentilor secundari (Il =IH), deci valoarea curentului
in releu este zero si aceasta nu functioneaza.In cazul
scurtcircuitelor in zona protejata (figura 8.7.b), curentul in
releu este egal cu suma id= il + iH . Daca id > ip (ip - este
curentul de pornire al releului) releul actioneaza si comanda
declansarea intreruptoarelor transformatorului.
Figura 8.7. Principiul de functionare a protectiei diferentiale:
a scurtcircuit exterior; b - scurtcircuit interior
La realizarea protectiei diferentiale de curent trebuie sa se
tina seama ca exista un curent de dezechilibru care circula prin
releu chiar si in cazul regimului normal. Curentul de dezechilibru
nu este constant ci variaza proportional cu curentul primar al
transformatorului de curent, daca acesta functioneaza in zona de
saturatie a curentului magnetic. Curentul de dezechilibru capata
valori maxime atunci cand circuitul primar este parcurs de curentul
maxim de scurtcircuit in care este inclusa si componenta
tranzitorie.Pentru micsorarea valorii curentului de dezechilibru si
desensibilizarea protectiei diferentiale exista mai multe metode:
utilizarea unor transformatoare de curent cu saturatie rapida a
circuitului magnetic TSR, blocarea protectiei fata de armonicile
superioare ale curentului de magnetizare etc.In cazul protectiei
diferentiale de faza, se compara fazele curentilor de la cele doua
capete ale liniilor. Protectia actioneaza atunci cand defazajele
curentilor de la cele doua capete ale liniilor fata de tensiunile
respective sunt de semne contrare; aceasta corespunde cazului cand
curentii la cele doua capete sunt de sens opus, ca urmare a
faptului ca ei circula dinspre capetele liniilor spre locul de
defect.8.3.5. Protectia de distantaExista mai multe principii
constructive pe baza carora se realizeaza protectiile a caror
functionare depind de distanta pana la locul defectului. Una dintre
cele mai raspandite protectii de distanta este protectia de
impedanta actioneaza atunci cand impedanta circuitului protejat se
micsoreaza.In regim normal, releele protectiei masoara o valoare
relativ ridicata a impedantei circuitului protejat. In cazul unui
scurtcircuit in zona protejata, are loc o crestere importanta a
curentului I si o scadere a tensiunii U, prin urmare are loc o
scadere considerabila a raportului U/I, respectiv a impedantei
circuitului protejat. Actionand la aceasta scadere, releele de
impedanta sunt relee minimale. Avand in vedere ca impedanta liniei
este proportionala cu lungimea acesteia, raportul U/I este o masura
a distantei de la locul unde acesta este masurat pana la
scurtcircuit. Din acest punct de vedere, protectia de impedanta se
numeste protectie de distanta.In cazul unui defect intr-unul din
elementele unui sistem electric (linie, generator, transformator
etc.), prin elementul defect circula curenti maximi in comparatie
cu valorile din restul sistemului, iar tensiunile de la capetele
elementului defect sunt minime in comparatie cu tensiunile din
celelalte puncte ale sistemului. Datorita acestui fapt, releele de
impedanta de la capetele elementului defect vor masura impedante
minime in raport cu celelalte relee de impedanta din sistem.
Stabilind o anumita dependenta intre timpul de actionare al
protectiei si valoarea impedantei masurate, protectiile de distanta
pot asigura selectivitatea functionarii si in retelele complexe cu
noduri alimentate din mai multe surse sau retelele buclate unde
selectivitatea nu mai poate fi asigurata numai pe baza temporizarii
si directionarii.Protectia de distanta comanda declansarea
intreruptoarelor liniei la care este instalata cu o temporizare
care este cu atat mai mica cu cat distanta pana la defect este mai
mica. In prezent se folosesc in scara larga protectii de distanta
la care timpul de declansare scade treptat cu distanta.Atat
treptele de timp cat si cele de distanta sunt, in general,
reglabile. Ca si alte tipuri de relee, indiferent de principiul lor
constructiv, si releele de distanta prezinta anumite erori, atat in
determinarea distantei pana la locul defectului cat si in
temporizarea actionarii, erori care nu depasesc in mod normal 20 %.
Teoretic, daca nu s-ar tine seama de erori, zona I (rapida) a
oricarei protectii de distanta s-ar alege egala cu lungimea liniei
protejate, ceea ce ar duce la declansarea rapida a defectului pe
orice portiune a liniei. Erorile posibile in aprecierea distantei
ar putea provoca insa o deconectare rapida si in cazul defectelor
aparute pe alte linii in imediata apropiere a barelor statiei de la
celalalt capat al liniei protejate. Din acest motiv, treapta I a
protectiei de distanta reprezinta de regula numai 80% din lungimea
liniei protejate.Protectia de distanta realizeaza atit deconectarea
rapida a defectelor de pe linia proprie, cat si deconectarea
temporizata a defectelor de pe liniile alaturate, care din diferite
motive nu sunt deconectate prin intreruptoarele proprii.Protectia
de distanta a unei linii este deci, in acelasi timp, si o protectie
de rezerva pentru elementele alaturate ale retelei.Coeficientii de
sensibilitate ai protectiilor de distanta sunt mai buni decat cei
ai protectiilor maximale de curent, in special pentru linia proprie
si adesea, si pentru cele alaturate.Una dintre cele mai simple
protectii de impedanta este realizata cu releul balanta
electromagnetica - figura 8.8.
Figura 8.8. Releu de impedanta de tipul ,,balanta
electromagnetica"Balanta electromagnetica se compune din doua relee
electromagnetice ale caror armaturile mobile sunt fixate fiecare la
cate un capat al unei parghii care se poate roti in jurul unui ax.
Unul dintre relee este alimentat cu curentul secundar al liniei
protejate iar celalalt cu tensiunea secundara de la
transformatoarele de tensiune ale statiei (sau ale liniei). Fortele
exercitate asupra armaturilor acestor relee dau nastere unor
momente care actioneaza in sensuri opuse asupra parghiei. Dupa cum
se vede din figura 8.8, momentul produs de tensiune Mu, tinde sa
tina deschise contactele releului de impedanta, iar momentul produs
de curent Mi, tinde sa le inchida.
La liniile electrice, si in special la cele aeriene, majoritatea
scurtcircuitelor nu sunt metalice ci prin arc electric. Rezistenta
arculi electric, care intervine in determinarea impedantei buclei
de scurtcircuit, n are o valoare constanta ci variaza cu lungimea
acestuia si cu valoarea curentului de scurtcircuit. Eliminarea
erorii introduse de arcul electric determinarea distantei pana la
locul defectului, si prin aceasta in functionarea protectiilor de
distanta, reprezinta o cerinta esentiala. Solutia folosita in
prezent, in majoritatea cazurilor, pentru eliminarea acestor erori
consta in realizarea unor relee numite de impedanta mixta
.Elementele componente a protectiei sunt:Elemente de pornire care
sesizeaza aparitia unui defect in retea. Acestea sunt relee
minimale de impedanta sau relee maximale de curent; la aparitia
defectului, acest element conduce la pornirea intregii scheme a
releului.Element de masura a impedantei care trebuie sa stabileasca
zona in care se gaseste defectul, pentru a fi lichidat cu timpul
corespunzator conditiilor de selectivitate.Elementul de timp are
rolul de a stabili timpul de actionare al protectiei in functie de
impedanta masurata.Elementul directional este alimentat cu marimi
corespunzatoare naturii defectului si a fazelor afectate,
determinand directia defectului spre elementul protejat sau in
amonte (defectul in spate).Elementul de blocaj la pendulatii
contine dispozitive de blocare a actionarii in cazul pendularilor
in retea.Alte elemente, ca elementele destinate coordonarii
protectiei cu automatizarea folosita in sistem, elemente pentru
controlul alimentarii protectiei, elemente de diferite semnalizari
etc.Functionarea in ansamblu a dispozitivului complex pe care il
constituie protectia de distanta cu un singur organ de masurare
este prezentata prin schema bloc din figura 8.9
Figura 8.9Protectia de distanta este racordata la infasurarile
secundare ale transfonnatoarelor de curent si de tensiune. La
aparitia unui defect, intra in functiune elementul de pornire P,
releele intermediare excitate de acesta (din BI1 si BI2) aleg, in
functie de felul defectului, tensiunile si caderile detensiune
produse de curenti in rezistenta R, care se aplica elementului
directional D si celui de masurare a impedantei Z, pentru a se
determina corect directia si distanta.Tensiunea aplicata
elementului de masurare Z este micsorata succesiv, la anumite
intervale de timp, prin intermediului elementului de timp T.Comanda
de declansare se transmite prin releul final RF, in momentul in
care sunt inchise simultan contactele elementului de masurare Z,
ale elementului directional D si dispozitivul de blocare contra
pendularilor BP.8.3.6. Protectia cu filtreStatisticile arata ca
marea majoritate a scurtcircuitelor sunt nesimetrice (cca. 95 %);
dintre acestea, numai 10 % sunt scurtcircuite intre doua faze
celelalte fiind insotite de punere la pamant.In cazul
scurtcircuitelor nesimetrice apar componente de secventa negativa,
iar in cazul punerilor la pamant apar componente de secventa zero
ale curentilor si tensiunilor. Conectandu-se releul prin
intermediul unor filtre de componente simetrice, se poate asigura
actionarea protectiei in cazul anumitor tipuri de defecte.Deoarece
filtrele de secventa zero se realizeaza simplu, ele sunt utilizate
pe scara foarte larga impotriva defectelor insotite de puneri la
pamant. In ultima vreme, a capatat extindere si utilizarea
filtrelor de secventa negativa, intrucat protectiile cu aceste
filtre satisfac in mai buna masura conditia de sensibilitate.In
unele protectii este necesar controlul prezentei anumitor armonici
superioare ale curentilor. In asemenea situatii se folosesc filtre
de armonici superioare.In majoritatea cazurilor, liniile electrice
ale retelelor care functioneaza cu punctul neutru legat direct la
pamant sunt prevazute cu o protectie speciala impotriva defectelor
insotite de puneri la pamant, protectie: numita si protectie
homopolara. Aceasta protectie este necesara datorita sensibilitatii
insuficiente pe care o prezinta, fata de defectele monofazate in
cele mai multe cazuri, protectia maximala de curent
obisnuita.Schema de principiu a acestei protectii este prezentata
in figura 8.10
Figura 8.10. Schema monofilara de principiu a unei protectii
maximale homopolare Aceasta schema consta de fapt dintr-o protectie
obisnuita maximala de curent (compusa dintr-un releu maximal de
curent si unul de timp) alimentata de la infasurarile secundare,
legate in paralel, ale transformatoarelor de curent de pe trei faze
ale liniei protejate, care formeaza asa numitul filtru de secventa
homopolara.Pentru alimentarea protectiei homopolare nu sunt
necesare transformatoare de curent speciale care sa formeze filtrul
de secventa homopolara ci pot fi folosite transformatoare care
alimenteaza celelalte protectii (sau aparate de masura), care se
leaga apoi in paralel.Ca si protectie impotriva scurtcircuitelor
polifazate, protectia homopolara poate fi temporizata sau
netemporizata, situatie in care principiul alegerii treptelor de
timp este acelasi ca si la protectia maximala, timpii de actionare
crescand pe masura indepartarii de sursa. Trebuie mentionat insa ca
pentru aceeasi linie, protectia homopolara are, in general, o
temporizare mai mica decat protectia maximala.Protectia homopolara
se utilizeaza cu bune rezultate in retele alimentate din mai multe
parti sau in cele buclate, dar in asemenea cazuri i se adauga un
element directional, ea devenind protectia homopolara
directionala.In retelele cu neutrul izolat sau compensate,
protectiile folosite pentru detectarea selectiva a punerilor la
pamant sunt speciale, avand in vedere ca valorile curentilor de
punere la pamant sunt, de obicei, mult mai mici decat curentii
nominali de sarcina si, din acest motiv, nu pot fi sesizati de
protectiile maximale de curent ale liniilor.Datorita faptului ca
acest curent de defect este mic, a fost nevoie de protectie
speciala, foarte sensibila si care sa nu actioneze la curenti de
sarcina. In acest caz, se foloseste una din urmatoarele solutii:
protectii maximale de curent homopolar; protectii homopolare
directionale; protectii cu relee sensibile la curenti homopolari de
armonici superioare etc.Protectia maximala de curent homopolar este
constituita dintr-o protectie maximala de curent alimentata de
curentul homopolar al liniei protejate prin intermediul unui filtru
de curent de secventa homopolara, realizat prin montajul cu trei
transformatoare de curent, in cazul cand linia pleaca aerian sau cu
un transformator inelar (toroidal), in cazul in care linia pleaca
in cablu.Pe fiecare linie cu iesire in cablu trifazat se monteaza
un singur transformator, format dintr-un miez magnetic inelar, pe
care este dispusa infasurarea secundara, si prin interiorul caruia
trece cablul protejat, care constituie infasurarea primara - figura
8.11.Tensiunea electromotoare la bornele infasurarii secundare este
proportionala cu fluxul rezultat din suma fluxurilor magnetice
produse de curentul fiecarei faze a cablului. In regim normal si in
cazul scurtcircuitelor bi si trifazate, fluxul magnetic rezultant
este nul. In cazul punerii la pamant a unei faze, in miezul
magnetic apare un flux care induce o tensiune electromotoare
secundara, deci prin releu circula un curent si protectia
actioneaza
Figura 8.11. Protectia maximala de curent homopolar contra
punerilor la pamant a unei linii cu iesire in
cabluTransformatoarele de curent de secventa homopolara inelare au
o constructie simpla si sigura, iar curentul lor de dezechilibru
este foarte mic. Raportul de transformare al transformatorului
nefiind influentat, ca la transformatoarele de curent obisnuite, de
curentul de sarcina al liniei, poate fi ales astfel incat sa
corespunda unei sensibilitati cat mai mari.
Protectiile maximale de curent homopolar descrise pot fi
folosite in retelele radiale, cu neutrul izolat sau compensat, pot
actiona la semnalizare sau declansare si numai in acele sisteme in
care pot fi indeplinite simultan conditiile de selectivitate si
sensibilitate.
Pentru a fi selectiva, protectia trebuie sa aiba curentul de
pornire mai decat curentul capacitiv al liniei proprii, iar pentru
a fi sensibila,curentul de pornire trebuie sa fie mai mic decat
curentul capacitiv al celorlalte linii din intreaga retea.
Pentru a fi selective, protectiile contra punerilor la pamant se
directioneaza chiar si in unele retele radiale. Acest gen de
protectie directionala se foloseste intotdeauna in retele buclate
sau cu mai multe surse.
Figura 8.12. Schema protectiei homopolare directionale a
uneilinii aerieneIn retele cu neutrul izolat, pentru protectia
homopolara directionala se folosesc relee directionale de tip
varmetric, asa numitele relee sim. Infasurarea de curent a releului
directional se alimenteaza de la un filtru de secventa homopolara
realizat cu trei Transformatoare de curent sau cu un transformator
inelar. Infasurarea de tensiune a releului se alimenteaza de la
iniasurarea in triunghi deschis a transformatorului de tensiune
conectat pe barele statiei - figura 8.12Deoarece aceste relee
actioneaza dupa stabilirea regimului stationar (timp de actionare
peste 0,5 sec), nu este nevoie a se adauga schemei un releu de
timp.In retelele compensate, in cazul punerii la pamant a unei
faze, prin locul defectului trece un curent rezidual reprezentand
numai cateva procente din curentul de punere la pamant al retelei
si curentul rezidual care are totdeauna o componenta activa
proportional cu rezistenta bobinei si independent de rezistenta de
defect.Protectia contra dublei puneri la pamant este un alt si stem
de protectie care functioneaza pe principiul protectiei cu filtre,
utilizat in retelele compensate sau cu neutrul izolat.Aparitia unei
duble puneri la pamant in aceste retele constituie un defect foarte
grav care trebuie urgent detectat si separat. Curentul de dubla
punere la pamant, in cazul in care nu este intrerupt in timp scurt,
poate da nastere, in locurile de defect, la tensiuni de pas si de
atingere periculoase pentru viata oamenilor si animalelor si de
asemenea, poate provoca topirea prizelor de pamant ale stalpilor
sau deteriorarea unor elemente ale stalpilor la care s-au produs
punerile la pamant. In cazul unei duble puneri la pamant, curentul
de defect este determinat de distantele de la barele statiei de
alimentare pana la cele doua locuri de defect, care pot sa fie
situate pe linii diferite, precum si de rezistenta de trecere de la
conductoare la pamant, in cele doua locuri de defect. In
consecinta, curentul de dubla punere la pamant are in unele cazuri
valori mai mici decat curentul de scurtcircuit bifazat. Pentru
linii mai lungi si incarcate, protectiile maximale de curent
instalate pentru a le proteja la scurtcircuite bifazate si
trifazate, reglate la curenti de pornire mari, dependenti de
curentii de sarcina maxima, nu sunt sensibile la duble puneri la
pamant.In consecinta, este necesar ca acele linii ale caror
protectii maximale de curent nu sunt sensibile la duble puneri la
pamant, sa fie prevazute cu o protectie contra acestor defecte. O
astfel de protectie este releul filtru de curent de componenta
simetrica inversa tip FRC-2a.Releul filtru FRC-2a se compune
dintr-un filtru de intrare caruia i se aplica curentii liniei ce se
protejeaza iar la iesire apare, in diferite cazuri de defect, o
marime proportionala cu curentii de secventa inversa si homopolara;
aceasta marime se aplica unui releu maximal de curent (organul de
masurare) care actioneaza la depasirea valorii reglate. Prin
aceasta, releul filtru sesizeaza defectele nesimetrice
(scurtcircuit bifazat si punere la pamant) care sunt insotite de
aparitia curentilor de secventa negativa si zero. Releul este mai
sensibil decat protectia maximala de curent deoarece in functionare
nominala, neexistand decat componente simetrice pozitive, el poate
fi reglat la valori mai mici de curent. In acest fel, zona de linie
ce se poate proteja cu acest releu creste de 2 - 3 ori in
comparatie cu zona protejata de protectia maximala de curent.Releul
poate fi alimentat cu cei trei curenti ai liniei ce se protejeaza,
figura 8.13.a, sau numai cu doi curenii - figura 8.13.b.El se
compune din doua transformatoare Ta si Tb construite astfel ca
tensiunea Ea din secundarul Ta sa fie defazata cu 60 inainte, iar
tensiunea Eb din secundarul transformatoruluiTb in faza fata de
curentii primari din infasurarile respective. In schema de
protectie a releului FRC-2a trebuie sa se adauge releu de timp
distinct, releul de timp al protectiei maximale de curent, sa
temporizeze actionarea releului filtru. Temporizarea se alege cu o
treapta de timp mai mare decat temporizarea protectiei maximale a
liniei respective.
Releul FRC-2a se mai utilizeaza si ca protectie de rezerva
generatoarelor si transformatoarelor impotriva functionarii de
durata regim nesimetric.
Figura 8.13 Schema de principiu a FRC-2a
8.3.7. Protectia prin curenii de inalta frecventaAceasta
protectie este utilizata pentru unele linii de inalta tensiune,
unde este necesara transmiterea unor semnale intre dispozitivele de
protectie de la cele doua capete ale liniei, aflate la mare
distanta, pentru asigurarea simultana a rapiditatii si a
selectivitatii.Liniile de inalta tensiune sunt folosite drept
canale de inalta frecventa, pentru telemasurari, telecomenzi si
telecomunicatii. In unele cazuri, aceste protectii au fost
realizate si prin canale radio; in ultima vreme, teletransmiterea
tuturor semnalelor, inclusiv a celor pentru protectie, utilizeaza
fire optice care se introduc in funia conductor a liniei de inalta
tensiune (in general in conductorul de protectie). 8.3.8. Protectia
termicaProtectiile termice actioneaza la cresterea temperaturii
care insoteste acurtcircuitele si suprasarcinile. Aceste protectii
sunt de regula utilizate la generatoare, transformatoare si motoare
electrice. In unele cazuri, protectiile termice sunt utilizate si
pentru linii de inalta si medie tensiune, avand ca scop
valorificarea capacitatii de supraincarcare a acestor linii.In
general, pentru protectia la suprasarcini in instalatii electrice
de joasa tensiune se folosesc relee termice bazate pe incovoierea
unui bimetal cand aceasta este incalzit sau declansatoare termice
montate in aceeasi carcasa cu contactorul sau cu intreruptorul
automat. Bimetalul releului termic este incalzit fie direct de
curentul absorbit de motor, fie indirect de catre o infasurare de
incalzire prin care trece acest curent, fie combinat, o parte din
curentul motorului trecand prin infasurare iar restul prin
bimetal.Datorita caldurii produse de curent, bimetalul se
inconvoaie si, la o anumita valoare a curentului, deschide un
contact din circuitul de comanda-al contactorului sau automatului
provocand astfel declansarea.Releele termice pot fi reglate, in
general, in mai multe trepte in domeniul (0.5...l)-In, unde In este
curentul nominal al releului. Reglarea trebuie efectuata in raport
cu sarcina reala a instalatiei protejate.8.3.9. Protectia cu relee
de gazeAceste protectii se folosesc la transformatoare si
autotransformatoare in cuva cu ulei, fiind realizate cu relee
montate pe conducta de ulei dintre cuva si conservatorul de ulei.
Functionarea lor se bazeaza pe degajarea gaze care apare in cazul
defectelor din interiorul cuvei transformatorului.Protectia de gaze
este principala protectie contra defectelor interne cu care trebuie
prevazut orice transformator cu putere mai mare de 1000 kVA precum
si transformatoarele pentru servicii interne ale centralelor
statiilor cu puteri mai mari de 250 kVA.Arcul electric sau caldura
dezvoltata de scurtcircuit au ca urmare descompunerea uleiului si a
materialelor organice ale pieselor izolante formarea de gaze.
Acestea, fiind mai usoare decat uleiul, se ridica spre conservator;
in cazul defectelor mai grave, formarea gazelor poate fi atat de
violenta, incat presiunea interioara care ia nastere poate imprima
si uleiului o deplasare spre conservator.Gazele servesc si ca un
indiciu calitativ al defectului transformator, prin culoarea,
mirosul si inflamabilitatea lor. Daca gazele sunt neinflamabile,
fara miros si incolore, rezulta ca din transformator se elimina
aerul ramas in interior, dupa umplerea cuvei cu ulei. Un gaz
albicios inflamabil cu miros intepator este produs de deteriorarea
materialelor izolante (hartie, izolatii textile etc.). Un gaz
galbui greu inflamabil indica deteriorarea pieselor de lemn, iar un
gaz cenusiu inchis sau negru si usor inflamabil arata ca s-a produs
descompunerea uleiului.
Culegerea gazelor pentru cercetarea proprietatilor se face cu
ajutorul unei eprubete, la robinetul de evacuare al releului de
gaze.Aparatul care sesizeaza formarea gazelor sau a deplasarii
violente a uleiului, si scaderea nivelului acestuia este releul de
gaze RG cunoscut sub numele de releu Bucholz. Acesta se monteaza pe
conducta de ulei de legatura intre cuva transformatorului si
conservator (rezervor de ulei). Conducta de ulei trebuie sa aiba o
panta de 2-4% pentru a usura trecerea, eventuala, a gazelor sau a
uleiului spre conservator - figura 8.14
O mare parte a transformatoarelor sunt echipate cu relee de gaze
construite in tara de tipul RB-5 cu una sau doua plutitoare. La
Inceputul unui defect, in transformator are loc o degajare lenta de
gaze; acestea se ridica spre suprafata uleiului din conservator si,
trecand prin releu, se aduna in partea superioara a acestuia,
provocand coborarea nivelului uleiului din releu. Ca urmare,
coboara si plutitorul si mercurul inchide contactele releului, dand
comanda de semnalizare.La defecte grave in transformator, degajarea
gazelor este violenta amestecul de gaze cu ulei trece cu viteza
prin releu mercurul inchide contactele stabilind circuitul bobinei
unui releu intermediar care comanda declansarea intreruptoarelor
transformatorului.Avantajele rmportante ale protectiei de gaze
sunt: simplitatea, sensibilitatea, rapiditatea, in cazul defectelor
comanda semnalizarea sau declansarea, in functie de caracterul
defectelor. Protectia de gaze este cea mai sensibila dintre
protectiile transformatorului in cazul scurtcircuitelor intre
spire.In practica exploatarii au reiesit cateva puncte slabe,
actionari intempestive (nedorite) ale protectiei de gaze, care au
doua cauze principale. Prima datorita aerului introdus impreuna cu
uleiul ridicandu-se spre conservator actioneaza releul. A doua
cauza poate fi fluxul de ulei care se formeaza in transformator in
urma unor scurtcircuite exterioare violente, sau a pornirii si
opririi pompelor din circuitul de ulei pentru racier.8.3.10.
Protectii de baza, de rezerva si auxiliareProtectia de baza a unei
instalatii este protectia destinata sa actioneze cu rapiditate la
defecte in limitele instalatiei protejate. In cazul unui refuz de
actionare al protectiei de baza, defectul ar continua sa fie
alimentat si s-ar agrava. Pentru a preintampina acest lucru se vor
avea in vedere urmatoarele shuatii nefavorabile:a) Refuzul de
actionare al protectiei: pentru aceasta situatie, elementul
respectiv trebuie protejat prin alte instalatii de protectie de
rezerva montate pe elementul respectiv si/sau pe un element aflat
in amonte in sensul sursei de alimentare.b) Refuzul de funcfionare
al intreruptorului care este comandat de instalatia respectiva.
Pentru aceasta situatie, impulsul de protectie va fi transmis la un
alt intreruptor situat in amonte, in sensul sursei de alimentare,
respectiv la o alta bobina de declansare a intreruptorului care a
refuzat declansarea sau se va asigura sensibilitatea protectiei din
amonte, eventual prin comutarea unui scurtcircuitor rapid de punere
la pamant, care va sensibiliza protectia din amonte.Protectia de
rezerva a aceleasi instalatii este deci aceea care inlocuieste
actiunea protectiei de baza in cazul unui refuz de actionare a
acesteia. Protectia de rezerva trebuie sa actioneze cu un timp mai
mare decat protectia de baza, pentru a permite lichidarea
defectelor de catre aceasta, in cazul cand functioneaza
corect.Pentru lichidarea defectelor in cazul refuzului
intreruptoarelor au fost elaborate si introduse dispozitivele DRRI
adica declansarea de rezerva la refuzul intreruptorului. Aceste
dispozitive se instaleaza in cazul cand protectiile dintr-o statie
nu au o sensibilitate suficienta pentru a asigura o rezerva de la
distanta pentru defecte pe liniile racordate pe barele statiilor de
la capetele opuse (deci la defecte pe liniile vecine), precum si in
toate statiile cu bare multiple.Pentru asigurarea rezervei
protectiilor si intreruptoarelor se mai aplica metoda de
supraveghere centralizata a retelelor electrice. In cadrul acestor
sisteme, protectiile de baza se realizeaza local, pentru fiecare
instalatie a retelei, iar protectia de rezerva se realizeaza
centralizat, prin intermediul unui calculator care primeste
informatii - prin telecanale asupra sensurilor de circulatie a
energiilor si asupra starii intreruptoarelor si stabileste locul
defectului, comandand declansarea intreruptoarelor respective dupa
trecerea temporizarii corespunzatoare.In unele cazuri, protectia de
baza nu acopera intreaga lungime a circuitului protejat si exista
anumite portiuni in care defectele aparute sunt sesizate de catre
aceste protectii; portiunile respective se numesc moarte ale
protectiei de baza. Pentru a se asigura protectia si impotriva
defectelor care pot aparea in zonele moarte, se instaleaza asa
numitele protectii auxiliare. In unele cazuri, rolul acestora poate
fi indeplinit de protectia de rezerva a elementului respectiv.8.4.
PROTECTIA PRIN SIGURANTE FUZIBILESigurantele fuzibile sunt cele mai
simple aparate de protectie a instalatiilor electrice impotriva
supracurentilor (de suprasarcina si scurtcircuit).Sigurantele
fuzibile functioneaza pe baza efectului termic a curentului, care
face ca fuzibilul sa se topeasca in cazul in care valoarea
curentului care il parcurge depaseste valoarea curentului nominal
al circuitului in care este instalat. In felul acesta, siguranta
intrerupe circuitul inainte ca temperatura conductoarelor sau a
bobinajelor masinilor aparatelor sa atinga valori care ar distruge
izolatia acestora.Sigurantele fuzibile au doua parti principale:
soclul sigurantei (cadrul) si fuzibilul.Soclul sigurantei se
caracterizeaza prin:- tensiunea nominala, in functie de care se
dimensioneaza izolatia;]- curentul nominal, in functie de care se
dimensioneaza partile conducatoare de curent; acesta reprezinta cel
mai mare dintre curentii nominali ai fuzibilelor destinate
acestuia.Curentul nominal al fuzibilului reprezinta curentul maxim
care trecand prin fuzibil timp nelimitat, nu produce topirea
acestuia Functionarea unui fuzibil este caracterizata de o curba
denumita caracteristica de protectie a sigurantei, care reprezinta
variatia timpului de intrerupere a circuitului in functie de
raportul I/ In (dintre curentul care trece prin fuzibil si curentul
nominal al acestuia) adica t =f(I/In)Protectia prin siguranta
fuzibila se utilizeaza atat in instalatii de medie tensiune, pana
la 35 kV, cat si in instalatii de joasa tensiune.Sigurantele pot fi
utilizate pentru protectia contra scurtcircuitelor a liniilor de
plecare, a transformatoarelor de forta, a bateriilor de
condensatoare, a transformatoarelor de tensiune etc., in cazurile
cand au parametrii necesari (tensiunea si curenti nominali, puterea
de rupere) precum si daca pot asigura selectivitatea si
sensibilitatea necesara.La alegerea sigurantelor trebuie sa se
asigure selectivitatea atat intre sigurantele situate in diferite
trepte cat si intre siguranta si protectia prin relee situata spre
sursa de alimentare. Deoarece este greu sa fie indeplinite corect
conditiile de mai sus, sigurantele se folosesc mai des pentru
protejarea ultimului element al retelei de inalta tensiune (de la
sursa spre consumator), a transformatoarelor din posturile de
transformare, a transformatoarelor de servicii interne ale
statiilor, a fiderilor, a liniilor electrice de joasa tensiune, a
transformatoarelor de tensiune etc.Daca se adopta protectia prin
sigurante, acestea trebuiesc prevazute pe toate fazele elementului
protejat.8.5. TIPURI DE PROTECTII UTILIZATE LA DIFERITE ECHIPAMENTE
ELECTRICE
8.5.1Protecia reelelor electrice
Majoritatea defectelor din instalatiile electrice apar la
retelele electrice: la liniile electrice aeriene, datorita lungimii
mari si a conditiilor in care functioneaza, determinate de
supratensiuni atmosferice, spargerea izolatoarelor, ruperea
conductoarelor, atingerea acestora intre ele sau cu pamantul,
ruperea stalpilor etc.; La linii electrice in cablu, defecte
constand in deteriorarea izolatiei din cauza imbatranirii in timp a
acesteia sau a unor cauze exterioare, lovirea cablurilor in montaj
sau in exploatare, patrunderea umezelii, supratensiunile de
comutatie etc.La conceperea protectiei retelelor electrice se
porneste de la faptul ca, spre deosebire de cazul masinilor
electrice, defectele care apar in retele nu pot duce, in
majoritatea cazurilor, la defectari de mare amploare dar efectele
lor asupra functionarii sistemului energetic poate fi deosebit de
grave. Astfel, un scurtcircuit trecator pe o linie de inalta
tensiune, in aproprierea unei centrale de mare putere, care prin el
insusi nu determina nici o deteriorare, poate duce, in cazul in
care nu este deconectat selectiv si rapid, la iesire din paralel a
centralei din apropriere si apoi a altor centrale legate de aceasta
si astfel la intreruperea de lunga durata a alimentarii unui mare
numar de consumatori. De asemenea, inlaturarea unui defect prin
protectie, chiar rapida dar neselectiva, poate duce, prin
declansarea unor linii neatinse de defect.Exista doua principii
importante:
- elaborarea unei concepii n domeniul proteciei prin relee care
s limiteze efectele de distrugere a aparatelor i transmiterea unor
tensiuni periculoase la consumatori de joas tensiune;
- dezvoltarea tehnologic permite abordarea cu succes a
proteciilor complexe n joasa tensiune, din punct de vedere tehnic i
economic.
n principal protecia reelelor electrice are rolul de a limita la
maximum efectele unui defect pe o linie aerian sau n cablu, asupra
funcionrii restului retelei. Aceast condiie implic dou proprieti
eseniale:
- o mare selectivitate a proteciei;
- rapiditatea acionrii proteciei, pentru limitarea
deteriorrilor.
Apariia scurtcircuitelor n reelele electrice creaza un sistem
dezechilibrat caracterizat prin variaia important a dou
mrimi:creterea curentului n partea de reea care alimenteaz
defectul; respectiv scderea tensiunii n reea
Pe analiza sistemului trifazat dezechilibrat i prelucrarea
acestor informaii, pe stabilirea locului i caracterului defectului
se bazeaza funcionarea proteciei reelelor electrice.
8.5.1.1Protecia maximal
Este cea mai utilizat protecie n reele electrice, avnd trei
caliti incontestabile: ieftin, simpl i sigur n funcionare.
Protecia maximal temporizat, cu caracteristica independenta este
utilizat n reele radiale alimentate de la un singur capt. Aceasta
acioneaz n cazul creterii peste o anumit valoare a curentului pe
linia protejat. Ea este utilizat att mpotriva scutcircuitelor
polifazate/monofazate ct i a suprasarcinilor. n general acest tip
de protecie se realizeaz prin relee maximale electromagnetice,
care, fiind excitate de curentul de defect, excita un releu de
timp, care dup un timp reglat, comand declanarea. O caracteristic
important o reprezint faptul c temporizarea cu care acioneaz este
constant i independent de valoarea curentului de defect. Curentul
de pornire al proteciei trebuie s fie deci mai mic dect cel mai mic
curent de scurtcircuit posibil, n cazul unui defect situat la
captul liniei protejate. Cu ct acest curent minim de scurtcircuit
este mai mare dect curentul de pornire al proteciei, cu att
protecia este mai sensibil.
Protecia maximal cu caracteristic independent se compune din dou
elemente principale:
- un element de pornire, care const dintr-un releu maximal de
curent de tip electromagnetic, cu acionare instantanee, care pune
protecia n funciune n cazul cnd curentul care-l strbate depete o
anumit valoare;
- un element de temporizare, care const dintr-un releu de timp
al crui mecanism de ceasornic, care creeaz temporizarea dorit,
acioneaz numai dac elementul de pornire este excitat i i menine
contactele nchise.
Fig. 8.15. - Schema de principiu a proteciei maximale
temporizate cu
caracteristic independentValoarea curentului de pornire al
proteciei maximale cu caracteristic independent se alege, n
general, astfel nct, fiind pe ct posibil mai sensibil (adic sesiznd
chiar cureni mici de defect) aceasta s nu conduc totui la declanri
nedorite, sub influena curentului de sarcin maxim posibil.
Pornindu-se de la acest principiu, formula general de alegere a
curentului de pornire al proteciei maximale cu caracteristic
independent este:
,
unde: Isarc.max este curentul de sarcin maxim posibil al liniei
respective;
krev este coeficientul de revenire al releului folosit (care,
dup cum se tie, este subunitar);
ksig este coeficientul de siguran, care se alege de 1,15-1,25 i
se ine seama de erorile posibile n funcionarea releului sau n
aprecierea curentului de sarcin.
Prin utilizarea acestei protecii apare ns o temporizare mare n
lichidarea defectelor din apropierea surselor. Este evident c, cu
ct defectul este mai apropiat de sursele de energie, cu att
curentul de scurtcircuit este mai mare i deci solicitrile
instalaiilor sunt mai mari.
Protecia maximal temporizat, cu caracteristica dependenta
realizeaz deconectarea cu att mai rapid cu ct curentul de
scurtcircuit este mai mare. Aceste relee rezolv problema
deconectrii cu att mai rapide cu ct defectul este mai apropiat de
surs. Diagrama de acionare este una apropiat ca i form de o
hiperbol. Temporizarea proteciilor se alege cresctoare de la staia
cea mai ndepartat ctre surs, dar la stabilirea temporizrii n
fiecare punct se ine seama i de curentul de scurtcircuit, pentru c
timpul de acionare al releelor depinde de acesta. Avantajele
menionate sunt reale nsa ele funcioneaz doar dac caracteristicile
reelei sunt de aa natur nct s utilizeze aceast protecie pe
caracteristica ei dependenta. Acest lucru prezint un mare
dezavantaj de adapare i flexibilitate care nsumat cu anumite
probleme constructive (inerie mecanic a discului releelor) creaz un
spectru redus de utilizare.
Protecia cu tiere de curent const practic n folosirea unor
protecii maximale rapide realizate tot cu relee maximale cu
caracteristica independenta dar la care valoarea curentului de
acionare acoper ca i protejare doar o poriune de linie dinainte
reglat. Astfel protecia nu acioneaza n cazul defectelor situate
dincolo de captul liniei protejate i prin aceasta nu exist
pericolul unei declanri neselective. Datorit faptului c modelarea
caracteristicii proteciei n ceea ce privete cerinele diverselor
evenimente de gestionat poate s considere aceast protecie ca
insensibil.
Practic se poate utiliza cu succes o protecie cu tiere rapid
cumulat cu o protecie maximal temporizat cu caracteristica
independenta care formeaz o protecie maximal n dou trepte.
Protecia maximal direcional a aprut ca o necesitate pentru
protejarea reelelor electrice alimentate de la ambele capete.
Noutatea const n aceea c pentru realizarea selectivitatii proteciei
este necesar introducerea unui nou criteriu pe baza cruia s se
produc declanarea, n afara celui al curentului mrit, adic sensul n
care circul curentul sau altfel spus puterea spre defect.
Schema principal (pentru o singur faz) a proteciei maximale
direcionale a unei linii este:
Fig. 8.16. - Schema de principiu a unei protecii maximale
Dup cum se observ, pentru ca releul de timp 3 s fie excitat i s
comande, dup timpul reglat, declanarea ntreruptorului I, este
necesar ca att curentul s depeasc valoarea reglat i deci releul
maximal 1 s-i nchid contactele, ct i ca sensul de scurgere a
puterii de scurtcircuit s fie de la bare spre linie, i deci releul
direcional 2 s-i nchid contactele.8.5.1.2 Protecia mpotriva
scurtcircuitelor monofazate n reelele cu punctul neutru legat
direct la pmnt. Deteriorarea izolaiei fa de pmnt a unei faze
constituie un scurtcircuit monofazat, care are ca urmare creterea
important a curentului i scderea tensiunii pe faza respectiv.
Curentul de scurtcircuit monofazat este adesea mai mic dect curenii
de scurtcircuit bifazat ori trifazat, iar protecia maximal obinuit,
care trebuie reglat la valori superioare curentului de sarcin poate
sa nu sesizeze asemenea defecte.
Schema principal a acestei protecii, numit i protecie homopolar
este:
Fig. 8.17. - Schema de principiu a unei protecii maximale
homopolare
Aceast protecie const de fapt dintr-o protecie maximal obinuit
alimentat de la nfurrile secundare legate n paralel ale
transformatoarelor de curent ale celor trei faze ale liniei
protejate, care formeaz un filtru de secven homopolar. Curentul
care alimenteaz protecia reprezint suma curenilor de pe cele trei
faze, adic tocmai curentul homopolar al liniei respective. n
funcionare normal, neexistnd curent homopolar, curentul care
parcurge protecia este practic nul. Din acest motiv protecia poate
fi reglat foarte sensibil. Pentru alimentarea proteciei homopolare
nu sunt necesare transformatoare de curent speciale, care s formeze
filtrul de secven homopolar ci pot fi utilizate transformatoare
care alimenteaz celelalte protecii.
8.5.1.3 Protecia mpotriva punerilor la pmnt n reele cu neutrul
izolat sau compensate. n astfel de reele apariia unei puneri la
pmnt determin o modificare a tensiunilor fa de pmnt a tuturor
fazelor i a punctului neutru a reelei: tensiunea fa de pmnt a fazei
defecte devine nul, fazele sntoase ajung s creasc de la valoarea
tensiunii de faz iniiale la valoarea tensiunii de linie, iar
neutrul care iniial a avut potentialul pmntului, atinge acum fa de
potenialul pmntului o valoare egal cu tensiunea de faz (tensiunea
fazei defecte) vectorial avnd un sens contrar acesteia.
n cazul LEA, pe fiecare linie cu ieire aerian se monteaz un
filtru de curent cu secven homopolar 1 format din trei
transformatoare de curent pe care se conecteaz un releu maximal de
curent sensibil 2. Temporizarea se realizeaz prin releul de timp 3
iar semnalizarea acionrii proteciei prin releul de semnalizare 4. n
aceast schem, prin releu circul cureni de defect numai n cazul
punerilor la pmnt.
Fig. 8.18. - Schema proteciei maximale de curent homopolar
contra punerilor la pmnt a unei linii aeriene
n condiii normale, n cazul suprasarcinilor i al scurtcircuitelor
tri- i bifazate, prin releu circul numai curentul de dezechilibru
determinat de deosebirile dintre caracteristicile
transformatoarelor de curent.
Curentul de pornire al proteciei se alege, de asemenea din
condiiile de sensibilitate i selectivitate date mai nainte ns
lundu-se n considerare i curentul de dezechilibru care poate avea
valoarea maxim fie la funcionarea cu sarcin maxim a liniei
protejate, fie la apariia unui scurtcircuit exterior liniei
protejate, concomitent cu o punere la pmnt, pe o alt linie, n care
caz protecia trebuie s rmn selectiv.
Curenii de scurtcircuit au valori reduse comparativ cu
scurtcircuitele monofazate din reele cu neutrul legat direct la
pmnt. n mod normal curenii prin locul de defect pot fi redui la
valori de civa amperi, motiv pentru care dac sunt ndeplinite
condiiile de stabilitate termic a prizelor de pmnt i tensiunea de
pas i de atingere, reelele cu neutrul izolat sau compensate pot
funciona un timp mai ndelungat cu o punere la pmnt. Proteciile
utilizate pentru detectarea punerilor la pmnt au ca principiu de
baz analizarea curentului de punere la pmnt. Curentul de defect
este foarte mic comparativ cu curenii de sarcin, este nevoie de o
protecie foarte sensibil, dar care s nu reacioneze la curenii de
sarcin. Cel mai adesea se utilizeaz o protecie maximal de curent
alimentat de curentul homopolar al liniei protejate, prin
intermediul unui filtru de curent de secven homopolar.
8.5.1.4 Protecia de distan reuete s rspund la cerine la care
practic nu pot rspunde alte tipuri de protecii, ceea ce o face s
fie larg rspndit. Protecia de distan comand declanarea
ntreruptorului liniei protejate cu o temporizare care este cu att
mai mare cu ct distana pna la defect este mai mare. Caracteristica
variaiei timpului funcie de distan, care se utilizeaz la proteciile
de distan este una de tip caracteristic n trepte. Aceasta
caracteristic n trepte este superioar celei n pant deoarece permite
o mai bun ealonare a caracteristicilor proteciilor diferitelor
linii dintr-o reea i duce n general la timpi de deconectare mai
mici. Un releu de distan cu o asemenea caracteristic are n general
trei-patru timpi de acionare, fiecare corespunznd unor anumite
distane la defect. Alegerea parametrilor de acionare pentru
proteciile de distan este de o importan major, fiind necesar o
analiz amnunit a diverselor regimuri de defect i de sarcin posibil,
pentru a se asigura att o sensibilitate corespunzatoare, ct i o
capacitate de transport care s mpiedice extinderile de avarii prin
declanri la suprasarcin.
Fig. 8.19. - Schema bloc a proteciei de distan
Protecia de distan este racordat la nfurrile secundare ale
transformatoarelor de curent i de tensiune. La apariia unui defect,
intr n funciune elementele de pornire din P. Releele intermediare
excitate de acestea (din BI1 i BI2) aleg, n funcie de felul
defectului, tensiunile i cderile de tensiune produse de cureni n
rezistenele R, care sa aplic elementului direcional D i celui de
msurare Z, pentru a se determina corect direcia i distana.
Tensiunea aplicat elementului de msurare Z este micorat succesiv,
la anumite intrevale de timp, prin intermediul elementului de timp
T.
Comanda de declanare se transmite prin releul final RF, n
momentul n care sunt nchise simultan contactele elementului de
msurare Z, ale elementului direcional D i ale dispozitivului de
blocare contra pendulrilor (reprezentat ntr-un chenar punctat,
ntruct nu toate proteciile l conin, iar racordarea lui la ansamblul
proteciei se face n diferite feluri).
Din cele expuse mai sus au rezultat pricipiile care stau la baza
realizrii unor protecii de distan i a elementelor lor componente.
Pentru nelegerea modului n care funcioneaz instalaia complex pe
care o reprezint protecia de distan, precum i modul n care trebuie
efectuate alegerea i fixarea parametrilor de acionare ai aceteia,
care constituie operaii mai complicate dect n cazul releelor
maximale de curent.
Acest tip de protecie poate fi folosit n orice reea, indiferent
de configuraia acesteia. Ea prezint o serie de caliti importante
dintre care enumerm selectivitatea, deconectarea rapid a defectelor
apropiate i independena acionrii fa de configuraia i regimul
reelei. Ca i dezavantaje menionm deconectarea unor defecte pe
trepte de timp superioare fapt care poate duce la valori
inadmisibile din considerente de stabilitate a sistemului
energetic. De asemenea la linii lungi i foarte ncrcate alegerea
unui reglaj al elementelor de pornire duce la micorarea
sensibilitii proteciei. Din punct de vedere constructiv protecia de
distan este un dispozitiv complicat, coninnd multe relee i
contacte, a cror acionare ntr-o anumit succesiune condiioneaz buna
ei funcionare.
8.5.1.5 Protecia comparativ longitudinal este cea care reuete s
remedieze dezavantajele pe care le prezint alte tipuri de protecii
folosite n reele. Aceast protecie asigur deconectarea simultan de
la ambele capete a liniei defecte, oriunde s-ar produce defectul.
Selectivitatea ei deosebit i rapiditatea au fcut ca ea sa fie
utilizat de mult timp. Limitarea ei la linii scurte se datoreaz n
special costurilor ridicate. Dezvoltarea tehnologic precum i
condiiile deosebite care se pun proteciei, n special n ce privete
selectivitatea i rapiditatea, determin totui folosirea ei pe scar
larg. Funcional aceast protecie aa cum i spune i numele const n
aceea c ea comand declanarea liniei pe baza comparrii unor mrimi de
la cele dou capete ale liniei, mrimi ntre care n cazul apariiei
unui defect, exist o anumit relaie determinat. Pentru realizarea
comparaiei sau a transmiterii comenzii, este necesar ntotdeauna o
legatur ntre cele dou capete ale linei, care poate fi de tip cablu
electric, linie de telecomunicaii, canal de nalt frecven care
utilizeaz conductoarele liniei protejate, canal de radiofrecven sau
fibr optic. Cel mai utilizat tip de protecie comparativ
longitudinal este protecia comparativ de curent sau cum i se mai
spune protecia diferenial longitudinal PDL. n fapt curenii
secundari ai transformatoarelor de curent de la cele dou capete
sunt comparai ntre ei, ca valoare i faz, iar aceast comparaie
permite ca la orice protecie diferenial, determinarea poziiei
defectului, n interiorul ori exteriorul liniei protejate. Pentru
compararea curenilor secundari sunt necesare interfee
corespunztoare la cele dou capete ale liniei. ntr-o funcionare
normal ori n cazul defectelor exterioare, curenii la cele dou
capete ale liniei sunt egali ca valoare i au acelai sens deci prin
releele difereniale nu circul nici un curent. La apariia unui
defect pe linie, sensurile celor doi curenti sunt opuse, fiind
condiii de deconectare a liniei.
n schema electric, transformatoarele de curent de la cele dou
capete se leag ntre ele prin circuitele auxiliare astfel nct
tensiunile lor electromotoare s fie n opoziie (se leag ntre ele
bornele avnd acelai indice). n funcionarea normal i n cazul
scurtcircuitelor exterioare, cele dou tensiuni electromotoare din
secundarele transformatoarelor de curent de la cele dou capete sunt
egale i n opoziie (sgeile trasate continuu), deci prin releele
difereniale nu trece nici un curent. La apariia unui defect pe
linie ns, dimpotriv, acestea sunt de acelai sens (sgeile punctate)
sau una dintre ele dispare n cazul alimentrii de la un singur capt,
deci prin releele difereniale trece curent i acestea comand
declanarea.
Fig. 8.20- Protecia diferenial longitudinal cu trei conductoare
auxiliare
Trebuie observat c, n cazul schemei cu dou conductoare
auxiliare, n funcionare normal, prin nfurrile secundare ale
transformatoarelor de curent folosite pentru protecie nu circul
nici un curent i deci acestea funcioneaz n gol, ceea ce nu este
admisibil. Datorit acestui fapt, n schemele reale se prevd
transformatoarele intermediare, special construite (care pot
funciona n gol), prin care transformatoarele de curent principale
alimenteaz schema proteciei.
Alegerea caracteristicilor proteciei comparative longitudinale
este determinat de condiiile reelei respective, lungimea reelei
protejate, de proteciile existente i de timpul de deconectare
necesar din punct de vedere al stabilitii.8.5.2. Protectia
transformatoarelor, autotransformatoarelor si: blocurilor linie -
transformatorTransformatoarele si autotransformatoarele trebuie
prevazute cu protectii contra defectelor interne si a regimurilor
anormale de functionare cauzate de defecte exterioare din retea.
Defectele interne ale transformatoarelor sunt: scurtcircuite
polifazate in infasurari si la borne, scurtcircuite intre spirele
aceleiasi faze, atingeri la masa ale infasurarii sau ale bornelor,
contacte imperfecte etc.; transformatoarele care au punctul neutru
legat direct la pamant, atingerea la masa a unei faze reprezinta un
scurtcircuit monofazat.Regimurile anormale care perturba cel mai
des functionarea transformatoarelor sunt supracurentii; acestia
sunt provocati de scurtcircuite exterioare sau de
suprasarcini.Contra scurtcircuitelor interne sau la borne,
transformatorul trebuie sa fie echipat cu protectii care sa
actioneze sigur si cat mai rapid (protectia de gaze, diferentiala,
cu taiere de curent si maximala de curent temporizata comandand
declansarea tuturor intreruptoarelor transformatorului.
Scurtcircuitele care au loc pe barele la care sunt racordate
transformatoarele si care sunt alimentate de acestea sau pe liniile
care pleaca de la aceste bare si care nu au fost deconectate de
protectiile proprii, provoaca in transformatoare supracurenti care,
in cazul cand depasesc o anumita durata, functie de valoarea
curentilor de scurtcircuit, devin periculosi pentru integritatea
infasurarilor.Pentru eliminarea acestor defecte produse de cauze
exterioare, transformatoarele trebuie prevazute cu protectii
maximale temporizate de curent. Aceste protectii trebuie sa
indeplineasca urmatoarele conditii: sa deosebeasca un supracurent
provocat de un scurtcircuit de o suprasarcina care poate fi
suportata un timp mai indelungat de catre transformator, sa fie
sensibila la orice scurtcircuit care ar putea avea loc pe liniile
alimentate de la barele transformatorului, sa fie suficient de
rapida. La unitati mari, peste 100 MVA, in special
autotransformatoare prin care se efectueaza interconexiuni intre
retele de inalta si foarte inalta tensiune, se folosesc protectii
de distanta care indeplinesc mai multe conditii mentionate
anterior.In afara protectiei impotriva scurtcircuitelor exterioare,
protectiile maximale temporizate sau protectiile de distanta
indeplinesc si rolul de rezerva a protectiilor impotriva defectelor
interne.Protectia de gaze este o protectie contra defectelor
interne la transformatoare cu ulei. Elementele componente si
principiul de functionare au fost prezentate in capitolul
8.3.9.Protectia diferentiala, ca si completare a protectiei de
gaze, se utilizeaza pe scara larga contra scurtcircuitelor interne
si la bornele transformatorului. In zona sa de actionare intra si
legaturile prin cablu sau bare intre transformatorul de putere si
transformatoarele de curent. Principiul de functionare al acestui
tip de protectie a fost prezentat anterior.Realizarea protectiei
diferentiale longitudinale la transformatoare are cateva
particularitati care se refera la existenta unui curent de
magnetizare, la diferenta de faza intre curentii primari si ai
diferitelor infasurari, la inegalitatea curentilor secundari ai
diferitelor infasurari si la existenta unui curent de dezechilibru
relativ mare.Dintre diferitele tipuri de protectii diferentiale
cele mai frecvent utilizate sunt: protectia diferentiala cu relee
de curent legate direct, cunoscuta sub numele de protectie
diferentiala cu taiere de curent; protectia diferentiala cu
transformatoare cu saturatie rapida; protectia diferentiala cu
actiune de franare.Fata de protectia de gaze, protectia
diferentiala prezinta avantajul ca asigura deconectarea rapida si
selectiva a intrerupatoarelor atat in cazul defectelor interne cat
si in cazul scurtcircuitelor la borne sau pe circuitele de
legatura.Realizarea unei protectii diferentiale care sa satisfaca
toate conditiile de selectivitate, sensibilitate si rapiditate, mai
ales la transformatoarele cu reglaj sub sarcina, cu mai multe
infasurari si cu surse multiple, necesita masuri complicate si
scumpesc protectia. Acestea constituie dezavantaje ale protectiei
diferentiale care au determinat cautarea unor solutii mai
simple.Protectia de cuva impotriva defectelor interne cu punere la
pamant. O mare parte a defectelor din transformatoare, chiar
scurtcircuitul intre spire in unele cazuri, sunt insotite de
distrugerea izolatiei fata de masa (cuva sau miezul de fier). Prin
legatura stabilita accidental intre partile conducatoare aflate sub
tensiune ale transformatorului si partile metalice legate la priza
de pamant circula un curent a carui aparitie sta la baza
principiului de functionare al protectiei de cuva.Curentul de
inchidere la pamant va avea o marime care depinde, in primul rand,
de urmatorii factori: modul de tratare a neutrului retelelor la
care este racordat transfonnatorul, regimul de functionare al
neutrelor infasurarilor transformatorului si locul defectului la
pamant (sau la masa) interior sau exterior
transformatorului.Protectia de cuva nu este sensibila decat la
defectele pe partea infasurarii cu neutrul legat la pamant; acesta
este, de exemplu,cazul transformatorului de 110-400 kV din sistemul
nostru energetic.Schema de principiu a protectiei este reprezentata
in figura 8.21. aceasta consta dintr-un transformator de curent 1,
inserat pe legatura cuva si priza de pamant, in al carui secundar
este legat releul maximal de curent 2. Acesta actioneaza
netemporizat asupra releului intermediar de declansare a
intreruptoarelor transformatorului. Cuva si celelalte parti
metalice legate organic de ea sunt izolate fata de pamant cu
piesele izolatoare 3.Protectia maximala cu taiere de curent este
folosita tot scurtcircuitelor interne, pentru completarea
protectiei de gaze a transformatoarelor cu putere sub 10 MVA,
neechipate cu prot. diferentiala, si a caror protectie maximala
temporizata nu poate fi reglata la un timp de actionare suficient
de scurt (de obicei sub 1 secunda) care asigure conditiile de
rapiditate si selectivitate ale protectiei in ansamblu.
Figura 8.21. Protectia de cuva a unui transformator impotriva
defectelor interioareProtectia de taiere de curent este o protectie
maximala reglata in functie de curentul de scurtcircuit la capatul
elementului protejat, Ea se instaleaza pe toate cele trei faze,
daca transformatorul protejat este alimentat la o retea cu neutrul
legal la pamant, sau pe doua faze, daca reteaua de alimentare are
neutrul izolat.Protectia maximala de curent temporizata. In figura
8.22.a este prezentata schema de protectie maximala de curent la un
transformator cu douainfasurari
Figura 8.22. Schema de principiu a protectiei maximale de curent
a unui transformator a) fara blocaj de tensiune minima; b) cu
blocaj de tensiune minimaSchema este realizata cu relee de curent
1, releul de timp 2, releul de semnalizare a functionarii 3 si
releul intermediar 4, care, in general, comanda declansarea tuturor
intreruptoarelor.In retele care functioneaza cu punctul neutru
legat direct la pamant se utilizeaza schema cu trei relee de curent
iar in retele cu punctul neutru izolat sau necompensat se foloseste
schema cu doua relee de curent. Protectia maximala de curent cu
blocaj de tensiune minima; Blocajul de tensiune are rolul de a
impiedica actionarea protectiei maximale in cazul suprasarcinilor
care nu provoaca, odata cu cresterea curentilor, si scadere
insemnata a tensiunii.Schema de principiu (pe o faza) a protectiei
maximale de curent si blocaj de tensiune minima este aratata la
figura 8.22.b.Protectia maximala de curent sau de tensiune de
secventa homopolara. Transformatoarele care au o infasurare in stea
cu neutrul direct la pamant (cazul retelelor de 0.4 kV si 110 - 400
kV) trebuie sa fie echipate cu o protectie sensibila, impotriva
scurtcircuitelor monofazate, in cazul in care si la cealalta
infasurare a transformatorului este conectata o sursa care poate
alimenta defectul. Aceasta protectie are rolul de rezerva atat a
protectiilor liniilor, in cazul cand scurtcircuitele au loc in
retea, cat si a protectiilor de gaze si diferentiala, in cazul cand
scurtcircuitele au loc in transformator.
La transformatoarele coboratoare care alimenteaza retele de 0.4
kv rolul acestei protectii poate fi indeplinit de catre protectia
maximala obisnuita, de pe partea alimentarii, daca sensibilitatea
ei fata de scurtcircuitele monofazate din reteaua alimentata este
suficienta sau desigurantele sau intreruptoarele automate de pe
parte de 0,4 kV. In caz contrar se poate folosi o protectie de
curent homopolar realizata cu un releu de curent sau un releu de
timp (sau cu un releu maximal temporizat de inductie tip RTpC)
conectat la un transformator de curent instalat pe conductorul de
nul al partii de 0,4 kV - figura 8.23. La transformatoarele
conectate la retele de 110 - 400 kV, protectia impotriva
scurtcircuitelor monofazate este temporizata si poate fi realizata
pe baza de curent sau de tensiune homopolara. Ea trebuie sa comande
declansarea intreruptoarelor de pe partea de 110-400 kV si de pe
partea sursei.Schema de principiu a protectiei maximale de curent
de secventa homopolara,temporizata, este prezentat, in figura 8.23,
iar
Figura 8.23. Protectiamaximala de curent desecvenja homopolara
laun transformator cu douainfasurariFigura 8.24. Protectia
maximalade curent de secvenfa homopolarala un autotransformator
La autotransformatoare trebuie prevazute protectii de curent
homopolar pe ambele parti ale infasurarii asa cum se prezinta in
figura 8.24
.Protectia de distanta. La transformatoarele, dar mai ales la
autotransformatoarele prin care se interconecteaza retelele de
transport de tensiuni diferite (110-750 kV), realizarea protectiei
de rezerva cu ajutorul unei protectii maximale de curent
temporizate prezinta dificultati deosebite din punct de vedere al
posibilitatilor de reglaj. De aceea, in astfel de cazuri, in
special pentru autotransformatoare, s-a extins folosirea protectiei
de distanta. Protectia contra suprasarcinilor. Capacitatea de
supraincarcare a transformatoarelor, ca durata si marime, este
precizata in normele interne sau cataloagele de fabricate, fiind in
functie de materialul infasurarilor, sistemul de racire si sarcina
anterioara. Transformatoarele la care, datorita conditiilor de
exploatare, sunt posibile suprasarcini. trebuie prevazuta o
protectie speciala contra suprasarcinilor pentru ca personalul de
exploatare sa fie prevenit asupra aparitiei acestora. Aceasta
consta dintr-un singur releu de curent. Pentru ca protectia sa nu
actioneze si in cazul scurtcircuitelor sau al socurilor de curent,
releul de curent comanda semnalizarea printr-un releu de timp,
reglat de obicei la 10 secunde. La transformatoarele din statiile
fara personal permanent de exploatare, la care sunt posibile
suprasarcini care depasesc limitele admise, protectia comanda
declansarea intreruptoarelor transformatorului.Protectia de
semnalizare a supratemperaturii Transformatoarele de putere, de la
10 MVA in sus, sunt prevazute protectie de semnalizare a
supratemperaturilor. Se pot monta protectii si pentru
transformatoarele de puteri mai mici.Initial aceste protectii au
avut ca element de pornire termometre cu contact; in prezent, sunt
utilizate tot mai des termometre electronice. majoritatea
cazurilor, ele au rolul de a comanda automatizarea de pornire \
oprire a instalatiei de racire fortata a transformatorului.In
statiile de transformare fara personal permanent de exploatare
aceste protectii vor putea comanda declansarea temporizata a
intreruptoarelor transformatoarelor printr-un releu de timp cu o
gama larga de reglaj.Protectia impotriva ramanerii in regim
incomplet de faze. cazul transformatoarelor echipate cu
intreruptoare cu actionare separata pol, in cazul ramanerii in
incomplet de faza (adica nu toti polii sunt inchisi sau deschisi),
aceasta protectie comanda (temporizat) declansarea fiecarei faze a
intreruptorului.Protectia transformatoarelor cu sigurante fuzibile.
In cazul transformatoarelor coboratoare cu puteri de maxim 1000 kVA
si tensiunea secundara sub 1 kV se recomanda prevederea unei
protectii cu sigurante fuzibile, instalata pe partea tensiunii
superioare.Sigurantele pot fi utilizate pentru protectia contra
scurtcircuitelor si suprasarcinilor.In cazul transformatoarelor de
forta, atat pe partea de inalta tensiune cat si pe cea de joasa
tensiune, prin sigurante fuzibile este necesar: sa se asigure
selectivitatea intre protectia prin relee a liniei de alimentare si
sigurantele de inalta tensiune: in toate cazurile de scurtcircuit
pe partea de inalta tensiune a transformatorului timpul total de
topire a fuzibilelor sigurantei trebuie sa fie mai mic decat timpul
de actionare al protectiei prin relee din amonte; sa se asigure
selectivitate intre sigurantele de inalta tensiune si cele de joasa
tensiune ale transformatorului, in cazul unui scurtcircuit in
reteaua de joasa tensiune.Trebuie sa se tina seama ca sigurantele
de joasa tensiune protejeaza transformatorul atat impotriva
suprasarcinilor cat si a scurtcircuitelor din retea de joasa
tensiune, iar sigurantele de inalta tensiune protejeaza
transformatorul impotriva scurtcircuitelor la borne si in
interiorul transformatorului. Timpul total de topire a sigurantelor
de joasa tensiune trebuie sa fie mai mic decat cel al sigurantei de
inalta tensiune.Curentii nominali ai fuzibilelor sigurantelor
trebuie alesi astfel incat sigurantele sa nu se topeasca la
socurile de curent care pot avea loc in exploatare (conectarea in
gol al transformatoarelor etc.).La transformatoarele cu tensiune
sub 1000 V care alimenteaza tabloul de distributie, se vor prevedea
pe partea de joasa tensiune intreruptoare automate cu protectie
temporizata sau sigurante fuzibile. Acestea se vor monta in tabloul
respectiv, daca lungimea legaturii intre transformator si tablou nu
depaseste 30 m, si in apropierea nemijlocita a transformatorului,
daca lungimea legaturii intre transformator si tablou depaseste 30
m. Se admite instalarea acestor aparate in tablou indiferent de
lungimea legaturii, cu conditia prevederii unei protectii de curent
homopolar.La transformatoarele care alimenteaza retele buclate de
joasa tensiune, se va prevedea o protectie de intoarcere de putere
pe partea de joasa tensiune a transformatorului.Particularitati ale
protectiei blocurilor linie - transformator. Sistemul de protectie
al unui bloc linie-transformator (sau linie-autotransformator) se
stabileste urmarind ca fiecare din elementele blocului sa fie
prevazut cu protectie de baza proprie impotriva defectelor interne.
Alegerea protectiilor de rezerva depinde in primul rand de regimul
de functionare al blocului, ca legatura