Una dintre principalele condiţii care se impun instalaţiilor electrice este aceea a siguranţei în funcţionare, adică a alimentării continue cu energie electrică a consumatorilor.
Asigurarea funcţionării fără întrerupere a instalaţiilor electrice are o importanţă deosebită, atât datorită faptului că urmările perturbărilor în funcţionare pot fi foarte grave, cât şi datorită faptului că instalaţiile electrice sunt mai expuse deranjamentelor decât alte genuri de instalaţii. Gravitatea urmărilor provine, în primul rând, din faptul că:
-instalaţiile electrice făcând parte, în general, dintr-un sistem energetic complex şi fiind legate între ele electric;
-un defect apărut într-un loc deranjează funcţionarea normală a întregului sistem; în al doilea rând, gravitatea defectelor din instalaţiile electrice se datorează energiilor foarte mari care intervin în desfăşurarea acestora, conducând la efecte distructive extrem de mari.
Rolul principal al automatizărilor şi al protecţiei prin relee folosite în electroenergetică constă în limitarea efectelor avariilor apărute şi în asigurarea alimentării fără întrerupere cu energie electrică a consumatorilor. Protecţia prin relee, care constituie ea însăşi automatizarea folosită de multă vreme pe scara cea mai largă în instalaţiile electrice, are în general două funcţiuni principale:
Separarea elementului avariat de restul instalaţiilor electrice şi asigurarea, în felul acesta, a funcţionării în continuare a acestora, în condiţii normale;
Sesizarea regimurilor anormale (nepermise) de funcţionare a instalaţiilor electrice şi semnalizarea lor, pentru a se preveni apariţia unor avarii.
Pentru îndeplinirea acestor două funcţiuni fundamentale, dispozitivele de protecţie, indiferent de tipul sau principiul constructiv pe care se bazează, trebuie să satisfacă următoarele condiţii generale:
- Selectivitatea, adică deconectarea doar a elementului avariat şi permiterea funcţionării în continuare a instalaţiilor neavariate;
- Sensibilitatea, adică sesizarea tuturor defectelor şi a regimurilor anormale de funcţionare, chiar atunci când ele se deosebesc doar cu puţin de
232
regimul de funcţionare normal al instalaţiilor;
- Rapiditatea, care este necesară pentm că numai o deconectare rapidă a elementelor avariate poate rămâne fără urmări asupra funcţionării instala-ţiilor neavariate;
- Siguranţa, care constă în aceea că dispozitivele de protecţie prin relee, care acţionează foarte rar (de câteva ori pe an), trebuie să fie pregătite, chiar după o perioadă lungă de repaus, pentru a funcţiona corect.
Sistemul energetic se compune dintr-un număr foarte mare de elemente care contribuie la realizarea a trei procese distincte şi anume: producerea, transportul şi distribuţia energiei electrice şi termice. Corespunzător acestor procese, elementele componente se grupează în următoarele părţi distincte ale sistemului şi anume: centralele, reţelele electrice, centralele de termoficare şi consumatorii de energie electrică şi termică.
Centrala reprezintă ansamblul de instalaţii care servesc la producerea energiei electrice şi termice pe baza transformării energiei resurselor energetice primare.
Reţelele electrice reprezintă ansamblul de instalaţii prin intermediul cărora energia electrică este transportată de la centralele producătoare până la consumatori, cuprinzând, în principal, linii electrice de energie, staţii electrice şi posturi de transformare.
Linia electrică de energie reprezintă ansamblul de conducte electrice, dispozitive şi construcţii necesare, care asigură transportul la distanţă sau distribuţia energiei electrice pentru alimentarea consumatorilor şi care urmăreşte un traseu, constituind astfel una sau mai multe căi de curent.
Staţia electrică reprezintă ansamblul de instalaţii şi de construcţii anexe în care se realizează cel puţin unul dintre următoarele procese:
- modificarea parametrilor puterii electromagnetice (tensiune, frecvenţă, etc.) corespunzător condiţiilor de transport sau de utilizare a energiei electrice;
- conectarea electrică a două sau mai multe surse de energie electrică;
- conectarea electrică a două sau mai multe căi de curent pentru alimentarea receptoarelor de energie electrică.
Postul de transformare reprezintă instalaţia electrică de curent alternativ, în care tensiunea este coborâtă la o tensiune joasă, sub 1000 V, în scopul alimentării reţelelor de distribuţie şi a receptoarelor.
In figura 5.20. este reprezentată schema monofilară de principiu a unei reţele electrice ca parte dintr-un sistem energetic.
Energia produsă în centralele electrice este transmisă, prin intermediul unor transformatoare de putere, care ridică tensiunea la cea a liniilor de înaltă tensiune. Energia electrică este transportată pe liniile electrice de înaltă tensiune până la staţiile de transformare coborâtoare, de la care pleacă liniile de medie tensiune ce alimentează transformatoarele posturilor de transformare.
Figura 5.20. Reprezentarea schematică a unei reţele electrice
Gi, G2— generatoare, Ti, T2- transformatoare de reţea,
Q1...Q4-întrerupătoare, Li, L2- linii electrice.
Reţelele electrice pot fi clasificate după: valoarea tensiunii, structură şi modul de tratare a neutrului.
A. După valoarea tensiunii, se deosebesc:
- reţele de înaltă tensiune, cu tensiuni de 110, 220, 400 kV şi mai mult, folosite pentru transportul energiei electrice dinspre zonele de producere, înspre zonele de consum;
- reţele de medie tensiune, cu tensiunea între 6 şi 60 kV, utilizate în general pentru distribuţia energiei electrice;
- reţele de joasă tensiune, sub 1 kV, cele mai frecvente fiind tensiunile de 380 şi 220 V, utilizate pentru distribuţia energiei electrice la consumatori.
Puterile din ce în ce mai mari cerute de consumatori, impun utilizarea din ce în ce mai mult a instalaţiilor de 110 kV, nu numai pentru transport, ci şi pentru distribuţia energiei electrice.
B. După structură, reţelele se clasifică în:
- reţele radiale sau arborescente, prin care consumatorii sunt alimentaţi dintr-un singur sens;
- reţele buclate, prin care consumatorii sunt alimentaţi din cel puţin două sensuri.
C. După modul de tratare a neutrului, reţelele electrice se clasifică în:
- reţele cu neutru izolat, al căror neutru nu are nici o legătură specială cu pământul;
- reţele cu neutrul tratat, care pot fi cu neutrul compensat, (legat la pământ printr-o bobină de stingere sau printr-un transformator de legare la pământ), sau cu neutrul necompensat (legat la pământ fie direct, fie printr-o
234
rezistentă sau printr-o bobină cu inductanţă redusă).
5.4.1. Protecţia maximală de curent a liniilor electrice radiale
9
Protecţia maximală de curent se utilizează în cazul reţelelor radiale cu
9 9
alimentare de la un singur capăt (ca reţeaua di figura 5.21.).
Figura 5.21. Reţea electrică radială simplă
T-transformator, Q1...Q5- întrerupătoare, L!...L4- linii electrice.
Figura 5.22. Schema electrică desfăşurată monofilară a protecţiei maximale
de curent a unei reţele radiale simple
Q3- întrerupător principal, BD- bobina declanşatorului,
TC- transformator de curent, Fi- releu maximal de curent,
Ki- releu intermediar, L2- linia electrică defectă.
/V
In cazul acestor reţele protecţia cuprinde: un releu maximal de curent Fi şi un releu intermediar Ki. Dacă scurtcircuitul apare pe linia L2 el este sesizat
de releul maximal de curent Fi, care comandă releul intermediar Ki şi care la rândul său comandă declanşarea întrerupătorului Q3, aşa cum este prezentat în schema electrică monofilară din figura 5.22.
Semnalul pentru releul maximal de curent Fi este preluat prin transformatorul de curent TC. Se obţine astfel o declanşare practic instantanee a întrerupătorului liniei defecte, celelalte linii rămânând alimentate.
5.4.2. Protecţia maximală de curent temporizată a liniilor electrice
radiale
Acest tip de protecţie se utilizează în cazul reţelelor radiale având pe parcurs consumatori ce pleacă de la sistemele de bare A,B,C aşa cum este prezentat în figura 5.23.
Figura 5.23. Reţea radială complexă
T-transformator, Q1...Q9- întrerupătoare,
A, B, C, D-noduri de ramificare a reţelei.
Datorită configuraţiei arborescente a reţelei protecţia maximală de curent trebuie prevăzută şi cu o temporizare a acţionării. Astfel în cazul unui scurtcircuit (ca cel prezentat în figură) trebuie să acţioneze doar întrerupătorul Q9 pentru a se obţine o funcţionare selectivă a protecţiei. Se obţine astfel o protecţie maximală temporizată în trepte.
Temporizarea minimă se găseşte la capătul liniei şi ea creşte în trepte constante spre sursa de alimentare.
Treptele sunt de 0,5 -f 0,7 s pentru a exista siguranţa declanşării numai a întrerupătorului liniei defecte. Acest tip de protecţie este prezentat în figura 5.24. şi se realizează prin relee electromagnetice maximale de curent Fi, care excită releul de timp KiT şi care comandă declanşarea întrerupătoarelor prin intermediul unor relee intermediare K2.
In cazul unui scurtcircuit pe linie releul maximal Fi acţionează şi excită releul de timp KiT, care cu temporizarea reglată excită releul intermediar K2
care comandă bobina BD de declanşare a întrerupătorului Q9.
Figura 5.24. Schema electrică desfăşurată monofilară a protecţiei maximale
temporizate în trepte a unei reţele radiale complexe
Q9— întrerupător principal, BD- bobina declanşatorului,
TC- transformator de curent, Fi- releu maximal de curent,
KiT- releu de temporizare, K2- releu intermediar, L-linia electrică defectă.
Principalul dezavantaj al acestei protecţii constă în faptul că scurtcircuitele apropiate de sursă sunt înlăturate cu întârzieri mari ceea ce poate fi periculos pentru generatoarele sincrone.
5.4.3. Protecţia maximală de curent direcţională a liniilor electrice
9 9
cu alimentare bilaterală
/V
In cazul reţelelor cu alimentare bilaterală ca cea reprezentată în figura 5.25. alimentarea se face atât de capătul A cât şi de la capătul E, iar consumatorii pleacă de la sistemele de bare A, B, C, D şi E.
Prin reglarea releelor de timp în ipoteza unei temporizări în trepte cu valorile înscrise în figura 5.26. pentru alimentarea dinspre stânga respectiv dinspre dreapta, nu se poate asigura o temporizare selectivă. Dacă scurtcircuitul s-ar produce în punctul desenat în figură toate protecţiile fiind parcurse de curentul de scurtcircuit, defectul va fi izolat de protecţiile cu timpii cei mai scurţi de acţionare prin declanşarea întrerupătoarelor Q2 şi Q7 neasigurând selectivitatea protecţiei. De altfel oriunde ar apare un scurtcircuit vor declanşa în mod invariabil aceleaşi întrerupătoare Q2 şi Q7 neasigurându- se o funcţionare selectivă a protecţiei.
Figura 5.25. Reţea electrică complexă cu alimentare bilaterală
G-generator electric, Qi...Qs- întrerupătoare,
A, B, C, D-noduri de ramificare a reţelei.
Pentru a realiza selectivitatea este necesar să introducem un nou criteriu (în afara celui a curentului mărit) şi anume sensul în care circulă puterea (curentul) spre locul de defect. Este necesar ca fiecărei protecţii maximale să i se adauge un releu direcţional care sesizează sensul de circulaţie al puterii şi acţionează numai dacă transferul de putere are loc conform săgeţilor din figura 5.25., excitând releul de timp corespunzător.
Figura 5.26. Schema electrică desfăşurată monofilară a protecţiei maximale
de curent direcţionale a unei reţele cu alimentare bilaterală
Q5- întrerupător principal, BD- bobina declanşatorului, TC- transformator de
curent, Fi- releu maximal de curent, F2- releu direcţional, KiT- releu de
temporizare, K2- releu intermediar, L-linia electrică defectă.
Schema electrică principială monofilară, a protecţiei maximale direcţionale este prezentată în figura 5.26. După cum se observă, pentru ca releul de timp KiT să fie excitat şi să comande după trecerea timpului reglat declanşarea întrerupătorului Q5, este necesar ca atât curentul să depăşească valoare reglată şi deci releul maximal Fi să-şi închidă contactul, cât şi ca sensul de circulaţie a puterii de scurtcircuit să fie de la bare spre linie şi deci releul
direcţiona F2 să-şi închidă contactele.
Ca relee direcţionale se folosesc releele de inducţie cu rotor cilindric, având înfăşurarea de curent înseriată cu cea a releului maximal şi înfăşurarea de tensiune legată printr-un transformator de tensiune la bare. în cazul în care scurt-circuitul se produce pe porţiunea CD conform figurii 5.25, releele direcţionale ale întrerupătorului Q7 şi Q4 nu acţionează şi ca urmare vor declanşa întrerupă-toarele Q5 şi Q_6 după 0,7 s şi după 1,3 s, asigurând declanşarea selectivă a porţiunii defecte din reţea.
5.4.4. Protecţia de distanţă a reţelelor electrice complexe
Protecţiile de distanţă reprezintă la ora actuală cea mai răspândită protec-ţie pentru liniile electrice şi alte echipamente energetice.
Principiul de bază al protecţiilor de distanţă este fundamentat pe compa-rarea intensităţii curentului şi a tensiunii de la locul de montaj al protecţiei de distanţă „văzute“ de releu.
Din compararea celor două mărimi se poate stabili dacă impedanţa până la locul de defect este mai mare sau mai mică decât valoarea impedanţei reglate. Un exemplu tipic pentru o astfel de balanţă electrică se prezintă în figura 5.27.. Tensiunea şi curentul care alimentează balanţa, preluate din secundarele transformatoarelor de tensiune (TT) şi respectiv de curent (TC), alimentează două relee electromagnetice fixate fiecare la capătul pârghiei 3, care se roteşte în jurul unui ax. Asupra pârghiei acţionează diferenţa cuplurilor dezvoltate de cei doi electromagneţi.
Această protecţie se bazează pe măsurarea distanţei dintre locul de montare al protecţiei şi locul defect, comandând deconectarea întrerupătorului cu un timp cu atât mai mic cu cât defectul se află mai aproape de locul de montare al protecţiei. Această distanţă se măsoară prin determinarea impedanţei dintre locul de montare al protecţiei şi locul defect cu ajutorul releelor de impedanţă.
Relee de impedanţă pot fi în execuţie electromecanică (tip balanţă electromagnetică), de inducţie, de tip balanţă electrică, în execuţie statică sau şi mai nou în execuţie digitală.
Pentru a evidenţia principiul de măsurare al impedanţei, vom considera cazul cel mai simplu al unui releu de impedanţă de tip balanţă electromagnetică.
Cum impedanţa liniei este proporţională cu lungimea ei, raportul dintre momentele releelor de curent şi respectiv de tensiune este o măsură a distanţei de la locul de instalare al releului până la locul defect.
Figura 5.27. Schema unui releu de impedanţă de tip balanţă electromagnetică
TT- transformator de tensiune, TC- transformator de curent, L-linia electrică
protejată, 1- releu electromagnetic de curent,
2- releu electromagnetic de tensiune, 3- pârghie, 4- contacte.
Figura 5.28. Reţea electrică complexă cu alimentare bilaterală protejată cu o
protecţie de distanţă. Diagrama temporală de protecţie.
G-generator electric, Q1...Q6- întrerupătoare,
A, B, C, D-noduri de ramificare a reţelei, Li, L2, L3- linii electrice
In figura 5.28. este prezentată o reţea cu alimentare bilaterală, prevăzută cu o protecţie de distanţă şi caracteristica de temporizare, adică dependenţa între timpul de acţionare al protecţiei în funcţie de distanţa până la locul defect. Temporizările protecţiei rămân constante în limitata anumitor distanţe numite zone. In figura 5.28. sunt prezentate zona I, II şi HI.
a unei reţele complexe cu alimentare bilaterală
Qi- întrerupător principal, BD- bobina declanşatorului, TC- transformator de
curent, TT- transformator de tensiune, Fi- releu maximal de curent,
F2- releu direcţional, F3, F4- relee de impedanţă, KiT- releu de temporizare,
K2- releu intermediar, L-linia electrică protejată.
In figura 5,29, este prezentată schema electrică monofilară a protecţiei de distanţă cu trei trepte de timp.
Privind din punctul de vedere al întrerupătorului Qi la un scurtcircuit în zona I, acţionează releele Fi, F2, F3, F4 şi semnalul se transmite practic instantaneu la releul K2 care comandă declanşarea întrerupătorului Qi în "treapta I " (0,1 s). Releul de timp KiT deşi a fost excitat nu ajunge să-şi închidă contactele. La un scurtcircuit în zona II acţionează releele Flţ F2, F4 şi KiT 5 şi după trecerea timpului reglat (0,7 s) prin închiderea contactului superior al releului KiT se excită releul intermediar K? care acţionează întrerupătorul Qi în treapta a II-a de timp.
La un scurtcircuit în zona III acţionează releele FI, F2 şi KiT şi când releul de timp îşi închide contactul inferior (1,3 s) prin releul intermediar K2 se comandă declanşarea întrerupătorului Qi.La fel se pot judeca lucrurile din punctul de vedere al oricărui întrerupător şi se obţin diagramele temporale
din figura 5.28. In mod analog se analizează funcţionarea schemei electrice a protecţiei în cazul alimentării dinspre dreapta.
Treptele de timp II şi III sunt doar trepte de rezervă care asigură declanşarea temporizată în cazul unui refuz de funcţionare al unei protecţii din treapta I. De aici rezultă marele avantaj al protecţiei de distanţă, acela de a declanşa selectiv şi practic instantaneu porţiunea de linie afectată de defect.
Trimiteți un comentariu