Protectii specifice liniilor electrice

Protectii specifice liniilor electrice

1Consideratii generale

Problema protectiei liniilor din retelele electrice este mai complicata decat a echipamentului din centrale si statii, deoarece tipul si schema protectiei adoptate depind de un numar mai mare de factori. Printre acestia pot fi enumerati : configuratia retelei (radiala, buclata, complexa, cu statii in derivatie, agatate, cu linii paralele etc.), importanta liniei in cadrul sistemului electric sau al interconexiunii, modul de tratare a neutrului influenta defectelor de pe linie asupra stabilitatii sistemului, tensiunea retelei, constructia aeriana sau in cablu, prezenta sau absenta altor circuite pentru alimentarea, consumatorilor, prevederea declansarilor monofazate sau trifazate,existenta sau absenta dispozitivelor de RAR, posibilitatea functionarii cu o faza intrerupta, eventuala compensare longitudinala a liniei, raportul dintre curentii minimi de defect si curentii maximi de sarcina (la liniile lungi si puternic incarcate).

Principala functie a protectiilor liniilor este sa reduca la minimum influenta defectelor asupra functionarii restului sistemului-ceea ce impune in majoritatea cazurilor o functionare rapida-actionand astfel incat defectele sa fie lichidate cu intreruperea alimentarii numarului minim posibil de consumatori, cerintele in privinta selectivitatii fiind astfel ridicate. Problema deteriorarii propriu-zise a liniei nu se pune la fel de acut cum se punea la echipamentul principal din centrale si statii, intrucat de regula defectele pe linii nu provoaca deteriorari grave.

Datorita influentei celorlalti factori, unele dintre protectiile mentionate in cadrul unei categorii de linii sunt intalnite si la linii din alta categorie, de exemplu pentru o linie de tensiune ridicata, dintr-o retea buclata se poate prevedea o protectie de distanta utilizata pentru protectia, liniilor din retele complexe. De asemenea, unele protectii simple, prevazute pentru 1inii din retele buclate, apar ca protectii de rezerva pe linii din retele complexe.

Protectii prevazute

Retelele radiale au cea mai simpla configuratie posibila si datorita acestui fapt selectivitatea se poate obtine usor pentru protectiile temporizate-prin esalonarea temporizarilor crescand de la consumatori, spre sursa, iar pentru protectiile rapide-prin desensiblizarea in raport cu defectele pe elementul urmator, spre consumatori. La protectiile cu temporizari reduse­ cum sunt sectionarile temporizate-se folosesc simultan ambele metode.

Liniile radiale se prevad cu protectii impotriva scurtcircuitelor polifazate, dublelor puneri la pamant si punerilor la pamant monofazate (in retelele cu curenti mari de punere la pamant), respectiv scurtcircuitelor monofazate (in retele cu curenti mari de punere la pamant). Liniile se prevad cu protectii de baza, cu actionare rapida, si cu protectii de rezerva, temporizate; in unele cazuri, rezerva este asigurata sub forma rezervei de la distanta, de protectia liniei vecine, spre sursa. In majoritatea cazurilor, impotriva defectelor dintre faze si a dublelor puneri la pamant se folosesc in calitate de protectii temporizate-protectia maximala de curent temporizata si sectionarea temporizata. Impotriva punerilor (respectiv scurtcircuitelor) monofazate la pama 949d39j nt se folosesc sectionari homopolare si protectii maximale homopolare temporizate. In anumite cazuri se folosesc protectii de distanta, iar pentru cabluri se utilizeaza uneori protectii diferentiale sau comparative.La liniile radiale, protectiile se instaleaza la capatul dinspre alimentare.

Sectionarea de curent impotriva scurtcircuitelor intre faze si a dublei puneri la pamant
Sectionarea netemporizata

Figura 1

La linii, sectionarea se realizeaza pe acelasi principiu ca si la transformatoare, curentul de pornire fiind desensibilizat in raport cu curentul de scurtcircuit la un defect aparut in regim maxim la capatul dinspre consumatori al liniei protejate, pentru ca protectia sa nu poata actiona neselectiv la defectele exterioare spre consumatori, rezulta astfel:

I_pp=K_sig I_{sc max K} (1)

I_{sc max k} este curentul de scurtcircuit maxim la un defect trifazat in regim maxim in punctul K

K_sig =1,2 1,3 , cand sectionarea este realizata cu relee RC

1,41,3 , cand sectionarea este realizata cu relee RT pC

In retelele cu curenti mari de punere la pamant trebuie verificata si valoarea curentului de scurtcircuit monofazat ; daca aceasta este mai mare decat a celui trifazat, atunci desensibilizarea curentului de pornire trebuie facuta in raport cu scurtcircuitul exterior monofazat.

Daca linia alimenteaza transformatoare, atunci trebuie verificata si desensibilizarea curentului de pornire in raport cu socul de curent de magnetizare, pentru a se evita actionarea gresita a sectionarii datorita socului de curent de magnetizare la conectarea transformatoarelor.

Dupa cum se vede din diagrama variatiei curentului de scurtcircuit I_sc⁼f(L) atunci cand variaza distanta L dintre defect si locul de instalare al protectiei, sectionarea are o zona moarta, a carei lungime este determinata de intersectia dintre orizontala curentului de pornire si diagrama mentionata; defectele aparute in zona moarta vor fi lichidate de protectia de rezerva cu temporizare.

Lungimea zonei moarte depinde de regimul de functionare in care apare detectul; in regim maxim, zona moarta cuprinde portiunea CB, iar in regim minim creste sensibil, cuprinzand portiunea DB. Aceasta dependenta a zonei moarte de regimul de functionare reprezinta principalul dezavantaj al sectionarii, intrucat in unele cazuri zona protejata in regim minim poate deveni foarte redusa.

Fiind selective prin alegerea curentulul de pornire, sectionarea nu necesita temporizari. La liniile aeriene protejate prin descarcatoare tubulare impotriva supratenslunilor atmosferice este insa necesar ca releul, intermediar care comanda declansarea sa aiba o intarziere la actionare de circa 0,06 0,08 s , pentru ca sectionarea sa nu actioneze gresit cand descarcatoarele tubulare-al caror timp de actionare poate ajunge pana la 0,003 s -conduc unda de supratensiune la pamant si creeaza astfel un scurtcircuit artificial de scurta durata.

Sectionarea se realizeaza cu doua transformatoare de curent alimentand doua relee, intrucat in retelele cu curenti mici de punere la pamant nu este necesara de regula actionarea la declansare in cazul punerilor la pamant monofazate

Figura 2

iar in retelele cu curenti mari de punere la pamant se prevede impotriva scurtcircuitelor monofazate o protectie separata, pe baza componentei de secventa homopolara a curentutui. In retelele cu curenti mici de punere la pamant cele doua faze pe care se instaleaza sectionarea vor fi aceleasi pe toate liniile legate galvanic din reteaua radiala, pentru ca la anumite duble puneri la pamant aparute pe linii diferite , cel putin unul din defecte sa se gaseasca pe o faza cu transformatoare de curent, in aceasta situatie in 50% din cazuri (cand defectul pe faza care transformator de curent se gaseste pe o linie mai apropiata de sursa va fi de regula deconectata numai linia dinspre consumatori (daca curentul de defect este mai mic decat curentul de pornire al sectionarii liniei dinspre sursa), iar cealalta linie continua sa functioneze cu o punere la pamant, alimentand un timp circuitele racordate la barele sale.Daca nu respecta instalarea celor doua transformatoare de curent pe aceleasi faze,

Figura 3

atunci la duble puneri la pamant pe linii diferite aparute pe fazele fara

transformatoare de curent, protectia liniei dinspre consumatori nu poate actiona si defectul va fii lichidat fie de sectionarea liniei dinspre surse fiind lipsite de alimentare si circuitele racordate la barele sale - fie de protectiile de rezerva ale liniei dinspre sursa.

Sectionarea netemporizata are avantajul de a asigura o protectie simpla, rapida si selectiva a portiunii liniei dinspre sursa prezentand totodata dezavantajul zonei moarte si al dependentei acesteia de regimul de functionare. Normativele o recomanda pentru cazurile in care lungimea zonei protejate , in regim normal de functionare al liniei , este de cel putin 1520% din lungimea liniei.

Sectionarea temporizata

Dupa cum se indica si in normative pentru liniile radiale prevazute cu protectie de curent cu timpi de actionare esalonati in doua trepte , prima treapta este reprezentata de o sectionare netemporizata sau – daca sensibilitatea nu poate fi asigurata – de o sectionare temporizata cu un timp redus de actionare , a doua trepte fiind reprezentata de o protectie maximala de curent temporizata.

Sectionarea temporizata este deci utilizata in locul sectionarii netemporizate atunci cand aceasta nu protejeaza cel putin 20% din lungimea liniei, in regim normal de functionare .

In figura urmatoare este prezentata folosirea sectionarii temporizate in cazul unei linii radiale alimentand o statie de transformare coboratoare .

statiei. Datorita acestui fapt , zona protejata acopera intreaga lungime a liniei atat in regim maxim cat si in regim minim, releul 1 actionand si la defecte in transformatoarele statiei , panta mai mare a curbei I_sc=f(l) penru defectele in transformatoare se datoreaza reactantei concentrate pe care o reprezinta acestea.

Actionarea neselectiva a protectiei 1 la defecte in unul din transformatoarele statiei este impiedicata prin temporizarea t_a2 introdusa de releul de timp aceasta stabilindu-se cu o treapta de temporizare mai mare decat timpul de actionare t_a1=0.1s al protectiei rapide a transformatorului .

Figura 4

t_a2=t_a3+∆t=0,7 s . (2)

Daca, in componenta, sectionarii nu s-ar introduce releul de timp , ar rezulta o sectionare neselectiva care actioneaza, si la unele defecte din transtormatoarele statiei. Functionarea neselectiva, se poate corecta printr-un dispozitiv de RAR instalat la intreruptorul liniei : tinand seama ca transformatorul defect este deasemenea deconectat fara temporizare de protectia sa, rapida 2, la redeclansarea liniei defectul este eliminat si linia continua sa alimenteze celelalte transformatoare. Exista diverse variante de folosire combinata a sectionarii neselective cu dispozitivele care conduc la accelerarea inainte sau dupa RAR a protectiei maximale de curent temporizate de pe elementele respective.

2.2 Protectia maximala de curent temporizata

2.2.1 Protectia maximala de curent temporizata cu caracteristica independenta

a) daca temporizarea rezultata este atat de mare incat perturba, fuctionarea consumatorilor alimentati pe linii vecine cu cea defecta;

b) daca prin valoarea, ridicata a temporizarii rezultate se micsoreaza eficacitatea, reaclansarii automate sau a aclansarii automate a rezervei pentru consumatorii alimentati de linia, respectiva ;

c) daca fara introducerea unei trepte rapide rezulta pentru protectiile de rezerva ale transformatoarelor care alimenteaza linia (cu tensiune superioara de 110kV sau mai mult)timpi de actionare care depasesc 3 s.

In aceste cazuri, treapta rapida este reprezentata de o sectionare de curent (netemporizata sau cu o temporizare redusa iar treapta a doua este realizata cu o protectie maximala de curent, care reprezinta astfel o protectie de rezerva.

Protectiile maximale de curent se pot realiza, cu caracteristica de timp independenta sau dependenta.

Protectia maximala de curent cu caracteristica independenta se realizeaza cu relee electromagnetice de curent RC si cu relee de timp RTp.

curent dintr-o retea radiala, si treptele de temporizare cu care sunt lichidate defectele aparute pe diferitele linii;

Figura 5

Aceste trepte cresc de la consumatori spre sursa pentru ca un detect aparut pe una din linii, de exemplu in K pe linia L-3, sa fie lichidat selectiv de protectiile 3 si 3’ ale liniei defecte, toate celelalte protectii prin care circula curentut de defect avand temporizari mai mari intrucat t_a3< t_a2, < t_a1 fiecare

temporizare crescand spre sursa cu o treapta ∆t . In acest mod, fiecare protectie poate actiona ca rezerva de la distanta in cazul unor defecte pe linia urmatoare, spre consumatori.

Protectia are dezavantajul ca tocmai in apropierea surselor, unde defectele sunt insotite de valori mai mari ale curentilor de scurtcircuit rezulta temporizari mari.

Valoarea treptei de temporizare ∆t nu poate fi redusa sub o anumita limita, intrucat pentru a exclude actionari nesclective (cand la un defect pe o linie actioneaza mai devreme protectia liniei vecine spre sursa)este necesara relatia:

∆t=t_{int r}+2t_er+t_rez’ (3)

In care : t_intr - este timpul propriu al intrerupatorului ;

2t_er-dublul erorii unui releu de timp (se adopta dublul erorii unui releu de timp considerand ipoteza cea mai avantajoasa, in care releul de timp de pe linia defecta ar avea o eroare de un semn-actionand mai tarziu decat este stabilit prin reglajul sau, iar releul de timp de pe linia defecta ar avea o eroare de semn opus-actionand mai devreme decat este stabilit)

t_rez - un timp de rezerva.

Practic, rezulta valoarea minima ∆t =0,50,6 s.

Pentru a inlatura in buna parte dezavantajul mentionat, protectia maximala (releele 1’,1”,2’,2”,3',3')se combina cu sectionarea rapida; in zonele de actionare ale sectionarilor, (releele 1,2,3), delimitate de punctele A,B,C, defectele sunt lichidate rapid, iar in zonele moarte-cu temporizarile t'₃,t”₂, t”_1, crescatoare in trepte.

Figura 6 Asocierea sectionarii rapide de curent cu protectia maximala temporizata

Curentul de pornire al protectiei maximale se determina cu relatia:

(4)

in care :k_sig⁼ 1,151,25; k_rev=0,85

I sarc max ^—curentul maxim de sarcina al liniieiprotejate. Pentru curentul de pornire al releului rezulta

unde ksch=este coeficientul de schema definit ca raportul dintre curentul prin bobina releului si curentul din secundarul transformatorului de curent.

La liniile in cablu supuse suprasarcinilor periculoase se prevede impotriva suprasarcinilor o protectie maximala de curent

temporizata, actionand la semnalizare, cu exceptia statiilor fara personal permanent de deservire, unde actioneaza la declansare.

2.2.1 Protectia maximala de curent temporizata cu caracteristica dependenta

Aceasta protectie se realizeaza cu relee de inductie RTpC.Ansamblul protectiilor unei retele radiale reprezentat monofilar si variatia temporizarilor in functie de distanta la care apare defectul sunt prezentate in figura urmatoare

Figura 7

La un defect in K₁, protectia 3 trebuie sa actioneze, ca rezerva, cu o treapta de timp mai tarziu decat protectia 4, deci cu relatia :

t_a3(K1)=t_a4=∆t. (6)

Pe masura ce defectul s-ar deplasa din K₁, in K₂, curentul de defect creste si deci timpul de actionare al protectiei 3 scade pe portiunea dependenta a caracteristicii, ceea ce face ca in diagrama b) sa rezulte o micsorare a temporizarii pe masura ce scade distanta 1 dintre defect si sursa.

La un defect in K₂, protectia 2 este reglata sa actioneze cu relatia

t_a2(K2)=t_a3(K3)=∆t (7)

timpul de actionare al protectiei scazand apoi la t_a2(K2)la un defect in K₃-. In mod analog se determina temporizarile pana la defecte in K₄.

Datorita portiunilor dependente ale caracteristicilor, pe liniile apropiate de sursa defectele sunt lichidate cu temporizari mai mici decat in cazul protectiilor maximale cu caracteristica independenta.

Curentii de pornire pentru elementele de inductie(care asigura, sectionarea netemporizata) ale releelor RTpC se determina cu relatiile

  (8)

  (9)

iar pentru elementul electromagnetic al acestor relee (care asigura sectionarea netemporizata)-cu:

 

determinand apoi Ipr:

 

In diagrama b) au fost reprezentate si portiunile in care actioneaza rapid elementul de sectionare al releelor RTpC.

Protectiile maximale cu caracteristica dependenta nu au insa decat o utilizare restransa, deoarece sunt mai complicate decat cele cu caracteristica independenta, iar valoarea curentului de scurtcircuit depinde de regimul de functionare al sistemului, precum si valoarea rezistentei de trecere(la defectele prin arc) si deci timpul de eliminare a unui defect dintr-un anumit punct se modifica in functie de factorii indicati.

De aceea, in cele mai multe cazuri se folosesc protectii maximale cu caracteristica independenta.

Scheme trifilare ale protectiei maximale de curent

Scheme trifilare ale protectiei maximale de curent

curenti mici de punere la pamant, punerile la pamant monofazate nu necesita de regula, actionarea, protectiei la declansare, iar retelele cu curenti mari de punere la pamant sunt prevazute cu protectii speciale impotriva scurtcircuitelor monofazate, este indicat ca protectia maximala de curent sa fie instalata pe doua dintre faze, pentru a actiona la scurtcircuitele polifazate si la duble puneri la pamant.

Singurul avantaj al schemei din fig.8.a in raport cu cea din fig.8.c consta in sensibilitatea de doua ori mai ridicata la anumite scurtcircuite bifazate exterioare, dupa transtormatoare cu conexiuniY/∆; daca in asemenea cazuri nu se veritica coeficientul de sensibilitate pentru schema din fig.8.c, atunci se prefera schema din fig.8.b care asigura aceeasi sensibilitate ca, si schema din fig.8.a, insa necesita un transformator de curent mai putin.

valoare(in absenta defectelor la pamant deci cand componenta de secventa homopolara I₀=O) este data de :

 

Figura 9 Diagrama fazoriala a curentilor

deci un curent proportional cu curentul din faza fara transformator de curent. In cazul schemei din fig. d, curentul I, care circula prin releu este egal cu diferenta curentilor din cele doua faze si deci

(12.2)

Figura 10 Diagrama fazoriala a curentilor

Datorita acestui fapt, coeficientul de sensibilitate, calculat cu curentul de scurtcircuit bifazat, va depinde de perechea de faze intre care apare defectul; in plus, la anumite scurtcircuite exterioare bifazate dupa transformatoare cu conexiuni Y/∆ , schema din fig. 8 d nu actioneaza, curentul prin releu fiind teoretic nul.

De aceea, cea mai larga folosire o are schema din fig.8.c cu montarea transformatoarelor de curent pe aceleasi doua faze in intreaga retea, din considerente analoge cu cele expuse la sectionarea netemporizata pentru sectionarile de curent. Cand sensibilitatea la defecte bifazate dupa transtormatoare cu conexiuni Y/∆ nu este satisfacuta, se foloseste varianta din fig. 8b; la linii pana la 10 kV, care nu alimenteaza transformatoare cu conexiuni Y/∆ si la care sensibilitatea este asigurata pentru toate cazurile de scurtcircuite bifazate, se poate folosi varianta din fig.8 d (in acest caz la calculul curentului de pornire al releului se tine seama de faptul ca K_sch⁼ ).

curenti mici de punere la pamant atunci cand se considera necesar ca la duble puneri la pamant aparute pe linii diferite sa fie in toate cazurile deconectata linia dinspre consumatori (si nu numai in o parte din cazuri, cum rezulta la schemele cu doua transformatoare de curent si doua relee), iintrucat in acest caz actioneaza protectiile ambelor linii in orice variante ale defectului mentionat , iar pentru linia spre consumatori, temporizarea este mai mica. In varianta din fig.8 b prin al treilea releu nu mai circula, in cazul defectelor la pamant, un curent proportional cu cel din faza fara releu, intrucat

(13)

Pentru coeficientii de sensibilitate ai protectiilor maximale de curent se prevad valorile :

K_{sens I}> 1,5 pentru defecte pe linia protejata

K_{sens II}> 1,2 pentru defecte pe elementul urmator spre consumatori.

Cand nu poate fii obtinuta valoarea K_{sens II} cu niciuna din variantele mentionate de realizare, a schemelor trifiliare ale protectiei maximale, se prevad protectii cu filtre de secventa inversa a curentului.

Din aceasta categorie face parte protectia cu releu-filtru de curent de componenta simetrica inversa WC-2a, elaborat la ICEMENERG.Acest releu este sensibil si la dublele puneri la pamant, care sunt insotite de curenti de defect mai mici decat in cazul scurtcircuitelor bifazate, datorita faptului ca intervin si rezistentele de trecere dintre conductorii liniei si pamant in cele doua puncte de defect.

Protectiile liniilor radiale impotriva punerilor la pamant monofazate

1 Protectia liniilor din retelele cu curenti mici de punere la pamant

Aceste linii fac parte din retele de 270 kV, care functioneaza cu neutrul izolat sau legat la pamant prin bobina de stingere. Valoarea curentului de punere la pamant depinde de capacitatea retelei de la tensiunea respectiva (formata din liniile legate galvanic)in raport cu pamantul, care la randul ei depinde in principal de lungimea totala a liniilor din retea, de tensiunea retelei si de constructia aeriana sau in cablu a retelei. Valorile curentilor de punere la pamant pot fi determinate aproximativ pentru retelele aeriene cu relatia :

  (14)

iar pentru retelele de cabluri cu relatia:

(15)

cu U in kV si I in km.

Normativele prevad ca in toate statiile de transformare si punctele de alimentare sa existe o protectie neselectiva impotriva punerilor la pamant monofazate pe fiecare sectie sau sistem de bare care poate functiona independent . Aceasta protectie actioneaza la semnalizare si se poate realiza in mai multe variante :

a)     cu un releu maximal de tensiune care controleaza tensiunea de deplasare a neutrului retelei ;

b)     cu trei relee minimale de tensiune care controleaza tensiunile celor trei faze ;

c)     cu un releu maximal de tensiune homopolara , alimentat de bobinajul in triunghi deschis al unui transformator de tensiune instalat pe barele colectoare.

Intrucat protectia actioneaza la orice punere la pamant monofazata aparuta in reteaua legata galvanic cu barele colectoare respective , pentru determinarea liniei defecte este necesar ca personalul de tura, avertizat de semnalizarea trimisa de protectie , sa deconecteze fiecare linie succesiv –pe duarata scurta- linia defecta fiind cea a carei deconectare provoaca intreruperea semnalizarii.

Acest procedeu nu mai poate fi folosit in cazul in care liniile alimenteaza consumatori care nu admit intreruperi ale alimentarii. De aceea , in statiile cu asemenea consumatori si cu cel putin trei linii se prevad protectii selective care detecteaza linia pe care s-a produs punerea la pamant monofazata.

Aceste protectii selective trebuie sa satisfaca totodata cerinte ridicate din punct de vedere al sensibilitatii si sigurantei in functionare , avand in vedere ca valorile curentilor de defect sunt foarte mici, incomparabil mai mici decat curentii de sarcina .

Protectiile selective actioneaza la semnalizare cu exceptia urmatoarelor cazuri , cand actioneaza la declansare : in cazul cand considerente de protectia muncii nu admit functionarea cu o punere la pamant si in cazul cand timpul de eliminare a defectului prin interventia personalului de exploatare depaseste timpul corespunzator stabilitatii termice a prizelor de pamant.

Solutiile folosite in prezent pentru protectiile selective sunt urmatoarele:

a) protectii maximale homopolare de curent ;

b) protectii directionale homopolare ;

c) protectii sensibile la continutul in armonici superioare in curentul homopolar

d) protectii de distanta

a) Protectii maximale homopolare de curent

Acestea se realizeaza cu TSH la liniile in cabluri si cu FCSH la liniile aeriene. Curentul de pornire al protectiei trebuie sa fie desensibilizat in raport cu curentul capacitiv I_c1, al liniei protejate , care circula prin locul de instalare al protectiei la detecte pe alte linii , pentru ca protectia sa nu actioneze gresit la defecte exterioare rezultand Ipp=(45)I_c1 pentru protectiile netemporizate si Ipp=(1,52)I_c1 pentru protectiile temporizate .

Aceasta valoare a curentului de pornire asigura de obicei si desensibilizarea in raport cu curentii de dezechilibru ai FCSH sau TSH.

pe de alta parte curentul de pornire al protectiei I_PP trebuie sa satisfaca valoarea impusa pentru coeficientul de sensibilitate k_sens definit astfel :

 

unde I_{prot_l} este curentul care circula prin protectia liniei defecte.

Considerand schema trifilara a unei retele formate din mai multe linii radiale alimentate, de la aceleasi bare colectoare, rezulta ca in cazul unei puneri la pamant pe o linie curentul I_{prot_l} care circula prin protectia acesteia are expresia

I_{prot_l}=I_pam-I_CL

unde I_pam, este valoarea totala a curentului de defect, egala cu suma curentilor capacitivi ai tuturor liniilor conectate la barele respective, inculsiv linia defecta

I_CL,-curentul capacitiv al liniei defecte.

Din ultima relatie se constata ca valoarea curentului I_{prot_l} care circula prin protectia liniel defecte , este egala cu suma curentilor capacitivi al celorlalte linii racordate la aceleasi bare colectoare.

Din ultimele doua relatii se obtine :

intrucat normativele prevad k_sens>1,25 penru protectiile selective ale liniilor in cabluri si pentru protectiile selective ale liniilor aeriene din pentru linii relatia anterioara se obtin conditiile:

(20)

pentru linii aeriene.

Considerand o protectie netemporizata , conditia de selectivitate impune valoarea minima : I_pp=4 I_CL

si deci relatiile de mai sus devin:

rezultand conditiile de asigurare simultana a selectivitatii si sensibilitatii:

(23)

pentru linii in cabluri si (24)

la linii aeriene.

In cazul unei statii cu numai cateva linii aceste conditii nu pot fi indeplinite , intrucat diferenta dintre suma curentilor capacitivi ai tuturor liniilor , egala cu valoarea totala a curentului de defect I_pam si curentul capacitiv I_CL al liniei defecte nu poate fi atat de mare in cazul respectiv . Ca

urmare, protectia maximala de curent nu poate fi utilizata in

asemenea cazuri .

Pentru protectiile temporizate , conditia de selectivitate impune o valoare mai redusa a curentului de pornire , respectiv:

si asigurarea simultana a conditillor de selectivitate si sensibilitate conduce la relatii necesare de forma :

pentru linii in cabluri, si

pentru linii aeriene.

Conditiile mentionate limiteaza utilizarea protectiilor maximale homopolare numai la linii care satisfac relatiile impuse raportului dintre curentul total de defect si curentul capacitiv al liniei . Acest raport se modifica in sens nefavorabil in cazul functionarii retelei radiale cu o linie deconectata intrucat se micsoreaza valoarea I_pam .

b) Protectii directionale homopolare

Protectiile directionale homopolare sunt specifice liniilor din retelele buclate , dar sunt utilizate si pentru linii radiale , intrucat permit asigurarea unei sensibilitati sporite si inlatura astfel dificulatatile expuse la protectiile maximale homopolare.

Folosirea, protectiilor directionale homopolare se bazeaza pe modificarea defazajului dintre curentul homopolar si tensiunea homopolara, in cazul unui defect monofazat pe linia protejata si in cazul unui defect monofazat exterior.

Protectiile directionale homopolare ale liniilor impotriva punerilor la pamant monofazate se realizeaza cu relee directionale, alimentarea bobinelor acestor relee este prezentata mai jos, bobina de tensiune este alimentata, cu o tensiune proportionala cu componenta de secventa homopolara a tensiunii , obtinuta de la secundarul in triunghi deschis al unui transformator de tensiune instalat pe bare , iar bobina de curent este alimentata de la FCSH montat pe lime — cu un curent proportional cu componenta de secventa homopolara a curentului.

Figura 11

La o punere la pamant monofazata pe linii din retele cu neutru izolat curentul homopolar al liniei defecte este defazat in urma cu 90º in raport cu tensiunea homopolara , in timp ce curentul homopolar pe liniile sanatoase avand un sens conventional opus sensului curentului homopolar al liniei defecte fiind in opozitie de faze cu acesta, este defazat cu 90º inaintea tensiunii homopoalare .Datorita acestui fapt

pe liniile din retelele cu neutrul izolat se folosesc relee directionale care au cuplul de rotatie:

 

aceste relee asigura o sensibilitate maxima, respectiv o valoare absolut maxima a cuplului C_rot pentru valorile mentionate anterior φ= 90º si

φ= ^-90º , semnul cuplului fiind opus in cele doua cazuri , ceea ce asigura functionarea selectiva la defecte pe linie si la defecte externe.

In retelele cu neutrul compensat prin bobina de stingere nu poate avea loc o compensare perfecta , intrucat bobina de stingere are si o anumita rezistenta , existand de asemenea pierderi active prin izolatie ; ca urmare ,

in cazul unei puneri la pamant monofazate pe o linie , prin punctul de defect va circula un curent rezidual practic in faza cu tensiunea homopolara.

Datorita acestui fapt , in retelele cu neutru izolat –spre deosebire de retelele cu neutru izolat – se folosesc pentru protectia liniilor impotriva punerilor la pamant monofazate relee directionale la care cuplul de rotatie este :

deci valoarca cuplului este maxima pentru φ=0º.

c)Protectii sensibile la continutul in armonici superioare in curentul homopolar

In cazul unei puneri la pamant , curentul de defect are un continut important de armonici impare , datorita functionarii saturate a transformatoarelor din retea si arcului electric din punctul defectului.

Ca si la protectiile maximale de curent homopolar pe linia defecta are o valoare mai mare decat cea a curentilor care circula prin liniile sanatoase , rezultand din insumarea acestor curenti ; ca urmare , curentii de armonici superioare din linia defecta au valori mai mari decat curentii de armonici superioare din liniile sanatoase .

Pe baza acestui fapt au fost elaborate indicatoare selective de puneri la pamant(ISP) si relee de protectie selective impotriva punerilor la pamant(RPP) in retele cu neutrul izolat sau compensat . Aceste aparate compara nivelul armonicilor superioare din curentii homopolari ai tuturor

liniilor, selectand linia defecta dupa continutul cel mai ridicat de armonici superioare.

Din punctul de vedere al selectivitatii, aparatele mentionate actioneaza corect in statiile cu cel putin trei linii radiale , dar din punctul de vedere al sensibilitatii actioneaza corect in retelele in care curentul de punere la pamant al intregii retele are cel putin valoarea 15 A.

Indicatorul selectiv de puneri la pamant(ISP) este prevazut cu un comutator cu 18 pozitii manevrat manual , care permite alimentarea succesiva de la TSH sau FCSH instalate pe diferitele linii , selectarea liniei defecte rezultand prin indicatia maxima a apratului de masurat conectat la iesirea filtrului de armonici superioare.

Releul de protectie selectiva impotriva punerilor la pamant (RPP) este format din cinci module , fiecare continand un filtru de armonici superioare un element comparator de amplitudini, un amplificator si un releu de iesire ; alimentarea RPP poate fi facuta de la TSH sau FCSH .

intre ele in mod corespunzator.

elemente de pornire , care sa sesiseze aparitia unui defect in retea ; de regula elementele de pornire sunt relee de impedanta,sau mai rar relee de curent;

elemente de masura a impedantei ,care trebuie sa stabileasca zona in care se gaseste defectul, pentru a fi lichidat cu timpul corespunzator conditiilor de selctivitate;

elemente de timp care sa asigure dependenta ; ele sunt realizate cu relee electromagnetice cu elemente de ceasornicarie,cu un mic motor de curent continuu cu turate constanta,care la anumite intervale de timp efectueaza inchiderea unor contacte sau sunt realizate ca elemente electonice;

elemente directionale , necesare pentru selectivitate.

k_rev=0.85.  

inalta tentiune 110 kV – 220 kV

2 Protectia liniilor din retelele cu curenti mari de punere la pamant

In aceste retele –care la noi in tara si in alte tari sunt retelele de 110 kV si mai mult, datorita legarii la pamant directe a neutrului –o punere la pamant reprezinta un scurtcircuit monofazat, curentul de defect fiind de acelasi ordin de marime cu cel de scurtcircuit trifazat.

De aceea toate liniile se prevad cu protectii impotriva scurtcircuitelo rmonofazate , cu actionare la declanssre, realizate pe baza componentei de secventa homopolara a curentului. Daca protectia maximala de curent ar fi realizata in varianta (a) , ea ar sesiza si scurtcircuitele monofazate . Nu se utilizeaza insa protectia maximala impotriva defectelor polifazate si in calitate de protectie impotriva defectelor monofazate –cea ce face ca nici varianta schemei din fig(a) sa nu fie utilizata –deoarece acesta solutie ar avea doua dezavantaje importante:

Temporizarea protectiei maximale homopolare se stabileste in trepte crescatoare dinspre consumatori spre sursa , insa considerand numai elementele legate galvanic de linia protejata ,intrucat protectia nu actioneaza la defecte monofazate in retelele cuplate magnetic cu linia . Datorita acestui fapt , temporizarea protectiei maximale homopolare rezulta sensibil mai mica decat a protectiei maximale de curent a aceleiasi linii impotriva scurtcircuitelor intre faze.

Protectii diferentiale longitudinale ale liniilor electrice

Lichidarea selectiva si totodata rapida defectelor de pe liniile din retelele complexe se poate obtine nu numai prin protectia de distanta, ci si prin protectii diferentiale longitudinale, care compara sensurile curentilor(considerate conventional)de la cele doua capete ale zonei protejate.Aceasta comparare necesita fie conductoare auxiliare de legatura intre protectiile de la cele doua capete ale liniei, fie realizarea unei legaturi intre aceste protectii prin intermediul curentilor de inalta frecventa.

Din considerente economice prima solutie este indicata la linii de lungimi relativ mici (pana la maximum 20 km) si deci de tensiuni pana la 35 kV, iar a doua solutie este indicata pentru linii de lungimi mari (peste 20 km) si deci de tensiuni de la 110 kV in sus.

De asemenea, lichidarea selectiva si rapida a defectelor se poate obtine in retelele complexe si prin protectii in care compararea sensului(conventional) de circulatie al curentilor de la cele doua capete ale liniei se efectueaza nu pe baza principiului diferential , ci pe baza principiului directional; aceste protectii necesita o legatura prin conductoare auxiliare sau prin curenti de inalta frecventa-intre protectiile de la cele doua capete ale liniei.

De fapt, atat protectiile diferentiale, cat si cele comparative, efectueaza in fond compararea fazei curetilor de la capetele zonei protejate,aceasta comparare fiind insa realizata prin metode si scheme diferite.In acest sens protectiile diferentiale ar putea fi denumite protectii comparative.

Scheme cu circulatia curentilor

In realizarea obisnuita a schemei cu circulatia curentilor- ca la generatoare, transformatoare, blocuri generator-transformator – protectia diferentiala longitudinala se poate utiliza numai in cazul liniilor foarte scurte, de maximum cateva sute de metri, cum sunt de exemplu liniile de alimentare a serviciilor interne din centrele electrice.Schema simplificata (pentru o singura faza)a unei asemenea protectii este reprezentata in figura de mai jos:circuitul diferential se intinde pe intreaga lungime a liniei, iar releul intermediar comanda declansarea intreruptoarelor de la ambele capete.

Figura 12 Protectia diferentiala

De-a lungul liniei protejate trebuie deci instalate patru conductoare auxiliare pentru realizarea circuitului diferential si doua conductoare auxiliare pentru transmiterea comenzii de declansare la capatul opus celui la care este instalat releul intermediar.

In cazul liniilor de lungime mai mare decat cea mentionata rezistenta conductoarelor auxiliare din circuitul diferential creste mult, ceea ce conduce la doua dificultati:

a) poate fi depasita impedanta maxima admisa in secundarul transformatoarelor de curent din considerentul limitarii erorii la valoarea de 10%, rezultand astfel erori mai mari si deci curenti mari de dezechilibru;

b)diferenta dintre impedanta celor doua bucle ale circuitului diferential( bucla TC1-releu 1 si bucla TC2 –releu 1) creste cu lungimea liniei, ca urmare crescand si curentii de dezechilibru.Cresterea curentilor de dezechilibru, din cele doua cauze mentionate, conduce la micsorarea sensibilitatii si la imposibilitatea obtinerii coeficientului de sensibilitate necesar, chiar daca se folosesc TSR si relee cu bobine de frane.

A doua dificultate poate fi inlaturata prin montarea unui numar dublu de relee, conectate conform schemei simplificate ( pentru o singura faza)din figura urmatoare; datorita simetriei, impedantele celor doua bucle ale circuitului diferential devin egale.Sunt necesare in plus inca trei conductoare auxiliare-cate unul pentru fiecare faza-instalate de-a lungul liniei, insa nu mai sunt necesare cele doua conductoare auxiliare pentru transmiterea comenzii de declansare, intrucat sunt prevazute relee( de curent si intermediare)la ambele capete ale liniei.

Figura 13

Pentru inlaturarea primei dificultati mentionate, este necesara micsorarea conductoarelor auxiliare care realizeaza circuitul diferential( micsorarea sensibila a acestei rezistente conducand implicit si la eliminarea celei de a doua dificultati,ceea ce face ca montajul din figura 13 sa nu mai fie necesar).

Micsorarea rezistentei conductoarelor auxiliare ar putea fi obtinuta prin marirea sectiunii lor, insa o asemenea solutie ar fi cu totul neeconomica,rezultand sectiuni foarte mari.De aceea,reducerea impedantei din secundarul transformatoarelor de curent se obtine prin instalarea unor transformatoare suplimentare de curent TS – conform schemei simplificate( pentru o sigura faza)– care reduce mult curentii si deci micsoreaza in mod corespunzator (cu patratul raportului de transformare al transformatoarelor TS) sarcina pe care conductoarele auxiliare o determina pentru secundarele transformatoarelor TC1 si TC2.

Figura 14

Datorita micsorarii considerabile a impedantei, este inlaturata si a doua dificultate mentionata anterior si ca urmare nu mai este necesara solutia din figura b , cele doua grupuri de relee de curent 1 si 2 fiind montate la cele doua capete ale liniei in paralel cu circuitele diferentiale(figura 14); sunt astfel necesare in total patru conductoare auxiliare de-a lungul liniei, pentru realizarea circuitelor diferentiale( cate un conductor pentru fiecare faza si un conductor comun de intoarcere).Din considerente economice, pentru a se reduce la numai doua numarul conductoarelor auxiliare, unele protectii diferentiale longitudinale produse si utilizate pentru linii contin filtre combinate de componente simetrice, care sunt alimentate de transformatoarele de curent cu curentii celor trei faze si debiteaza la iesire o tensiune proportionala cu o functie liniara de componentele simetrice I_d, I_i , I_h, ale curentilor.

In figura 15 este reprezentata trifilar schema simplificata a unei protectii diferentiale longitudinale din aceasta categorie.

Tensiunea de iesire U _F a filtrelor combinate 1(identice pentru cele doua capete ale liniei protejate) are expresia :

  (43)

In regim normal de functionare sau la scurtcircuite exterioare curentii de la cele doua capete ale liniei protejate sunt identici.

; ; (44)

si ca urmare- cele doua filtre combinate 1 fiind identice- vor rezulta(teoretic) tensiuni identice U_F la iesirea filtrelor.Datorita acestui fapt, curentul prin bobinele de lucru B_L( legate in derivatie in circuitul diferential) ale releelor cu bobine de franare 3 trebuie sa fie teoretic nul, in practica prin aceste bobine circuland curentul de dezechilibru, datorat erorilor transformatoarelor de curent si ale filtrelor.

In cazul unui scurtcircuit (monofazat sau polifazat) pe linia protejata, egalitatile de mai sus nu mai au loc, tensiunile de iesire ale celor doua filtre vor fi diferite si prin bobinele de lucru B_L vor circula curenti importanti ,provocand actionarea releelor 3.Acestea sunt relee polarizate cu bobine de franare B_F legate in serie cu circuitul bobinelor de lucru si de franare facandu-se prin intermediul puntilor de redresare P₁,P₂,P₃,P₄.

Sunt folosite relee polarizate cu bobine de franare pentru marirea sensibilitatii protectiei;in acelasi scop sunt utilizate si transformatoarele cu saturatie rapida 2, care sunt prevazute cu mai multe borne pentru reglajul valorii curentului de pornire. Protectia mai cuprinde dispozitive de control al starii conductoarelor auxiliare, care nu sunt reprezentate in figura 4; aceste dispozitive blocheaza protectia in cazul aparitiei unor defecte(intreruperi, scurtcircuite) in circuitul conductoarelor auxiliare, pentru a impiedica actionari gresite.

In alte variante ale protectiei se folosesc filtre combinate la care tensiunea de iesire are expresia:

  (45)

prezenta componentei de secventa inversa I_i marind sensibilitatea protectiei in raport cu scurtcircuitele bifazate.

Figura 15

Scheme cu echilibrarea tensiunilor

Pe langa schemele cu circulatia curentilor , pentru protectia diferentiala longitudinala a liniilor se folosesc si scheme cu echilibrarea tensiunilor, al caror principiu de realizare si functionare este ilustrat in figura 16; circuitul diferential se realizeaza legand bornele secundarelor transformatoarelor de curent TC1 si TC2 in mod diferit de cel din cazul schemelor cu circulatia curentilor , iar releele se conecteaza in serie cu circuitul diferential.

In regim normal de functionare sau la scurtcircuite exterioare, t.e.m de la bornele secundarelor transformatoarelor de curent sunt egale si in opozitie si deci prin circuitul diferential si prin relee teoretic nu circula curent( practic circuland un curent de dezechilibru), protectia gasindu-se in repaus.La un defect pe linia protejata, datorita schimbarii sensului conventional al curentului de la unul din capete, cele doua t.e.m devin aproximativ in faza si prin circuitul diferential si relee circula un curent important, care provoaca actionarea protectiei.

Rezistentele R sunt necesare pentru ca in absenta lor transformatoarele TC1 si TC2 in regim normal al liniei – cand prin circuitul diferential si prin secundarele transformatoarelor nu circula curent- ar functiona in gol, ceea ce nu este permis; principiul de functionare al schemei ramane acelasi, in locul celor doua t.e.m, circuitul diferential aplicandu-i-se caderile de tensiune de la bornele rezistentelor R.

In forma reprezentata ( pentru o singura faza) in fig.e protectiile diferentiale cu echilibrarea tensiunilor se folosesc numai pentru linii foarte scurte.

Figura 16

Pentru linii mai lungi, se prevad filtre combinate, transformatoare suplimentare

de curent si relee cu bobine de franare, ca si la protectia diferentiala realizata in schema cu circulatia curentilor; spre deosebire de acestea, bobinele de lucru ale releelor in serie cu circuitul diferential, conform principiului de functionare ilustrat in figura 14, iar bobinele de franare se conecteaza in derivatie in circuitul diferential.

Protectiile diferentiale longitudinale ale liniilor- in varianta cu circulatia curentilor sau cu echilibrarea tensiunilor- au avantajul ca sunt rapide (pentru defecte din orice punct al liniei protejate) si sensibile, iar dejavantajul lor consta in necesitatea conductoarelor auxiliare , care conduc la un cost ridicat; ele se folosesc la linii pana la circa 20 km lungime, intrucat la lungimi mai mari costul conductoarelor auxiliare devine foarte mare.