5

5. PROTECIA ECHIPAMENTELOR ELECTRICE

Defectele care apar n instalaiile electrice sunt foarte complexe, att ca desfaurare, ct i din punctul de vedere al efectelor pe care le pot produce. Dei este posibil o mprire a defectelor dup cauza i dup natura lor, n practic este greu de distins crei categorii i aparine defectul care a avut loc, dat fiind c cel mai adesea apar defecte combinate i nu se poate ti care a fost cauza. Trebuie menionat c ntmplarea joac, adesea, un rol important n evoluia defectului.

Eliminarea rapid i selectiv a defectelor ca apar n instalaiile electrice este impus de urmtoarele aspecte:

necesitatea continuitii n alimentarea cu energie electric a consumatorilor nedefeci;

protejarea consumatorilor de efectele distructive (din punct de vedere termic i electrodinamic) ale regimurilor anormale (suprasarcin, scurtcircuit sau supratensiune);

protejarea operatorilor umani de efectele regimerilor anormale de funcionare a instalaiilor electrice;

reducerea timpului de remediere a defectelor din instalaiile electrice.

Proteciile se pot clasifica dup numeroase criterii, dintre care cele mai importante sunt:

A. Dup tipul echipamentului protejat, putem avea:

protecii ale motoarelor electrice (asincrone, sincrone, motoare de c.c. etc.);

protecia generatoarelor sincrone;

protecia transformatoarelor electrice;

protecia reelelor de distribuie de joas tensiune (radiale);

protecia reelelor de medie i nalt tensiune (cu alimentare bilateral);

protecia instalaiilor de iluminat;

protecia instalaiilor casnice;

protecia instalaiilor electronice, etc.

B. Dup tensiunea nominal a echipamentului protejat:

protecia instalaiilor de joas tensiune;

protecia instalaiilor de medie tensiune;

protecia instalaiilor de nalt tensiune;

protecia instalaiilor de foarte nalt tensiune.

C. Dup tipul de defect putem avea:

protecie la suprasarcin;

protecie la supracureni;

protecie la scurtcircuit;

protecie la supratensiune;

protecie la tensiune minim;

protecie la dispariia tensiunii;

protecie la supratensiuni atmosferice;

protecie mpotriva ieirii din sincronism;

protecie la degajarea de gaze;

protecie mpotriva alimentrii cu tensiune asimetric;

protecie mpotriva funcionrii la frecven redus, etc.

D. Dup timpul de acionare al proteciei:

ultrarapide;

rapide;

normale;

lente;

temporizate;

temporizate n trepte, etc.

E. Dup echipamentul de protecie:

protecii prin relee electromecanice;

protecii prin relee electronice;

protecii prin declanatoare;

protecii prin automate programabile;

protecii prin calculator, etc.

F. Dup modul de conectare n circuitele protejate;

protecii cu conectare direct n circuitul echipamentului protejat;

protecii prin traductoare (de curent, tensiune, direcionale, etvc.);

protecii mixte.

G. Dup modul de acionare n circuitul protejat:

acionare direct (prin contactoare sau ntreruptoare);

acionare direct prin sigurane fuzibile;

acionare indirect prin relee intermediare sau contactoare, etc.

H. Dup gradul de automatizare:

protecii locale automate (sigurane fuzibile, relee sau declanatoare);

protecii numerice;

protecii de la distan prin sisteme de telecomand;

protecii prin dispecderat.

La proiectarea circuitelor de protecie trebuie s se in cont de faptul c regimurile de avarie pot duna nu doar echipamentului supravegheat ci i instalaiei electrice n ansamblul ei. De multe ori pagubele datorate ntreruperii alimentrii cu energie electric a unor consumatori sunt mult mai mari dect costul echipamentului deteriorat prin regimul anormal de funcionare.

n clasificarea defectelor din instalaiile electrice dup natura lor, trebuie menionate n primul rnd cele care constau n deteriorarea (strpungerea sau conturnarea) izolaiei.

Scurtcircuitul este cel mai grav defect; el se poate produce ntre trei faze, ntre dou faze sau ntre o faz i pmnt (n reelele cu punctul neutru legat la pmnt).

Curentul de scurtcircuit, avnd o valoare mare, provoac o cretere a cderii de tensiune n generatoare i n toate impendanele pe care le parcurge, ducnd astfel la o scdere a tensiunii n reea, cu efecte duntoare asupra consumatorilor i asupra funcionrii n paralel a centralelor.

Pe lng aceste neajunsuri n funcionarea consumatorilor, curentul de scurtcircuit provoac i deteriorri n instalaii, care pot fi foarte grave, datorit aciunii sale dinamice i termice.

n general, scurtcircuitul apare sub dou forme : scurtcircuit net (atingerea direct ntre faze) i scurtcircuit prin arc.

Un alt defect des ntlnit n instalaiile electrice, i care const tot n deteriorarea izolaiei, este punerea la pmnt. ntr-o reea cu punctul neutru izolat, punerea la pmnt a unei faze nu constituie, prin ea nsi, un defect, neconducnd la perturbri importante ale funcionrii. Ea este de cele mai multe ori doar nceputul unui defect mai grav, cci de obicei degenereaz n scurtcircuit, cu urmrile cunoscute; de aceea, apariia punerii la pmnt trebuie cunoscut, pentru a se lua msurile necesare de ndeprtare a acestei stri anormale. n afar de aceasta, ea produce totui unele mici perturbri care, dei nepericuloase, nu sunt de dorit.

Curentul de punere la pmnt poate duce la o ncrcare nesimetric a generatoarelor, ncrcare care, fiind capacitiv poate provoca ridicri de tensiune care n anumite condiii devin periculoase. De asemenea, circulaia unui curent prin pmnt poate provoca perturbri n liniile electrice din apropierea celei defecte, n special n cele de telecomunicaii, prin inducerea unor tensiuni ce pot atinge valori periculoase.

La fel ca i la scurtcircuit, punerea la pmnt poate fi net sau prin arc. Arcul poate sri la alte faze, transformnd punerea la pmnt n scurtcircuit. Deosebit este arcul intermitent, care const n stingerea i reaprinderea repetat a arcului de punere la pmnt, stingerea producndu-se n momentele de trecere a curentului prin valoarea zero, iar reaprinderea n momentele cnd tensiunea alternativ atinge valori suficiente pentru reamorsarea arcului n mediul nc ionizat. Arcul intermitent poate produce, supratensiuni care ating valori de aproximativ 3Ufaz.

De altfel, chiar n cazul unei puneri la pmnt nete, ntr-o reea cu punctul neutru izolat, faza defect capt potenialul pmntului, iar tensiunea fa de pmnt a fazelor sntoase crete de ori, devenind egal cu tensiunea ntre ele i faza defect.

Supratensiunile reelei, n condiiile existenei unei puneri la pmnt, pot provoca apariia unei a doua puneri la pmnt pe o alt faz, defect cunoscut sub numele de dubl punere la pmnt, care este echivalent cu un scurtcircuit bifazat prin rezisten (rezistena traseului prin pmnt). Aceast a doua punere la pmnt poate avea loc pe fazele aceleiai linii sau a dou linii diferite, ceea ce complic defectul i mrete consecinele lui neplcute.

Punerea la pmnt a unei faze, ntr-o reea cu punctul neutru legat la pmnt, este, de fapt, un scurtcircuit monofazat.

O alt categorie de defecte care apar n instalaiile electrice, n afara celor menionate mai sus, care aveau toate la baz deteriorarea izolaiei, o constituie ntreruperile conductoarelor (nu numai ruperile propriu-zise de conductoare, ci i arderea unei sigurane pe o faz, deschiderea unui separator pe o singur faz etc.). Acest gen de defecte este ns rar, i cel mai adesea, este nsoit de scurtcircuite sau puneri la pmnt (de exemplu, n cazul ruperii conductoarelor unei linii electrice aeriene).

n primul rnd, cauzele care provoac aceste genuri de defecte sunt datorate depirii rezistenei materialelor respective la solicitrile mecanice, termice i, mai ales, electrice. Depirea rezistenei se poate produce datorit unor condiii speciale, care duc la supratensiuni electrice foarte mari, vnturile puternice i chiciura, care solicit n mod deosebit conductoarele i stlpii liniilor electrice aeriene.

n al doilea rnd, cauza defectelor poate consta n scderea rezistenei materialelor sub valoarea normal, datorit fie uzurii i mbtrnirii (n special pentru izolaia electric), fie aciunii unor factori externi (substane chimice, umezeal, murdrie etc.).

n sfrit, trebuie citate drept cauze destul de frecvente ale defectelor, greelile personalului de exploatare, care prin conectri greite, introducerea unor corpuri strine n instalaii, manevre insuficient pregtite, pot duce la creteri foarte mari ale solicitrilor instalaiilor.

Pe baza statisticilor rezult c instalaiile cele mai supuse defectelor sunt liniile electrice aeriene, urmate, n ordine, de liniile subterane, staiile de transformare i generatoare.

Construcia instalaiilor are o influen hotrtoare asupra frecvenei i tipului de defecte. Astfel, n reelele cu punctul neutru legat la pmnt nu pot avea loc duble puneri la pmnt, pe cnd n reele cu punctul neutru izolat acestea sunt foarte frecvente. Ca urmare a faptului ca n reelele cu punctul neutru legat la pmnt fiecare punere la pmnt constituie un defect, raportul dintre numrul declanrilor care au loc n reelele cu punctul neutru izolat i n cele cu punctul neutru legat la pmnt este de 4/7.

Repartizarea procentual a diferitelor genuri de defecte (exclusiv ruperile pure de conductoare, care, n general, sunt rare), este aproximativ urmtoarea: scurtcircuite monofazate, 65%; scurtcircuite bifazate cu punere la pmnt i dubl punere la pmnt, 20%; scurtcircuite bifazate fr punere la pmnt, 10%; scurtcircuite trifazate, 5%.

n sistemele energetice, n afara defectelor propriu-zise, pot surveni abateri de la regimul normal de funcionare, care produc de asemenea perturbri i pagube. Acestea constau, n esen, n abateri ale parametrilor de funcionare (tensiune, curent, frecven) de la valorile lor nominale.

Regimul anormal de funcionare cel mai des ntlnit, este cel de suprasarcin. Acesta const ntr-o cretere a curentului peste valorile nominale i poate fi provocat fie de creterea neateptat a sarcinii, fie de scderea, din diferite motive, a puterii surselor generatoare. Suprasarcina este un regim inadmisibil de funcionare de durat, n primul rnd pentru c provoac solicitri (n special termice) ale instalaiilor; n al doilea rnd, trecerea prin instalaii a unor cureni care depesc valorile nominale produce scderi pronunate ale tensiunii, ceea ce are ca efect absorbirea de ctre consumatori a unor cureni i mai mari (pentru a se menine puterea constant), producndu-se astfel o scdere n continuare a tensiunii.

Un alt regim anormal l constituie apariia pendulrilor ntre grupurile generatoare sau chiar ntre centrale, cnd acestea funcioneaz cu frecvene diferite, pendulri care de asemenea pot duce la ntreruperi totale.

5.1. PROTECIA MOTOARELOR ELECTRICE

Defectele cele mai des ntlnite la motoarele electrice sunt scurtcircuitele polifazate n nfurrile statorului, la bornele motorului sau n cablul de alimentare; puneri la pmnt a unei faze, scurtcircuite ntre spirele aceleai faze. La apariia acestor defecte, innd seama i de faptul c motoarele reprezint ultimul element al sistemului de la surs spre consumator, declanarea trebuie s fie instantanee.

Cel mai frecvent regim de funcionare este suprasarcina, determinat fie de creterea tensiunii. Acest regim trebuie eliminat dac el persist un anumit timp i de aceea se folosesc elemente de temporizare a funcionrii.

La motoarele de putere mic i mijlocie, alimentate prin intermediul contactoarelor, se folosesc relee maximale de curent i relee termobimetalice care realizeaz protecia la scurtcircuite i suprasarcini, conform caracteristicii de protecie rezultante prezentate n figurile 5.2. i 5.3..

5.1.1. Comanda i protecia motoarelor asincrone cu conectare direct la reea

Pentru alimentarea unui motor asincron trifazat printr-un contactor prevzut cu un bloc de relee termobimetalice, un bloc de relee electromagnetice i sigurane fuzibile putem utiliza schema electric prezentat n figura 5.1..

n schema electric desfurat (prezentat n figura 5.1.) apare contactorul K cu bobina de acionareK(01), format dintr-un electromagnet de c.a. alimentat cu tensiune de faz, contactele principale K(24, 68,1012), contactul de automeninere K(1416) i contactele NI i ND, K(35) i K(1416) respectiv K(1820) conectate n circuitele de semnalizare; blocul de protecie termic F4 avnd termobimetalele conectate n serie cu nfurrile motorului ce pot aciona asupra contactului F4(79); blocul de protecie electromagnetic F5, ce poate aciona asupra contactului su normal nchis F5(7-9); siguranele fuzibile F1, F2, F3; lmpile de semnalizare H1,H2; butonul de pornire cu revenire S2; butonul de oprire cu revenire S1 i motorul acionat M.

Cnd motorul nu este conectat, lampa H1, alimentat ntre o faz i nul prin contactul normal nchis K(35) semnalizeaz aceast poziie. Pentru conectarea motorului la reea se acioneaz butonul de pornire S2 i bobina contactorului K este alimentat ntre faza R i nul prin S1, S2 i contactele normal nchise ale celor dou blocuri de protecie. Se produce acionarea contactorului, ceea ce duce la alimentarea motorului M prin contactele principale ale contactorului, iar prin nchiderea contactului de automeninere K(1416) se scurtcircuiteaz butonul de pornire S2, astfel nct revenirea acestuia nu ntrerupe alimentarea bobinei contactorului. n acelai timp prin schimbarea poziiei contactelor K(35) i

K(1820) se oprete alimentarea lmpii H1 i se conecteaz lampa H2 ce semnalizeaz funcionarea motorului.

Pentru oprirea voit a motorului se acioneaz butonul S1 care ntrerupe alimentarea bobinei contactorului, contactele sale revenind la poziia iniial i motorul rmne nealimentat.

Figura 5.1. Schema electric desfurat de comand, protecie i semnalizare pentru pornirea unui motor asincron prin conectare direct la reea

F1, F2, F3, F6 sigurane fuzibile, F4 bloc de relee termobimatalice, F5 bloc de relee electromagnetice, K contactor electromagnetic, S1, S2, butoane de acio-nare, H1, H2lmpi de semnalizare M motor asincron cu rotorul n scurtcircuit.

n cazul unei suprasarcini, n funcie de mrimea ei, acioneaz temporizat protecia termic F4 sau instantaneu protecia F5 deschiznd contactul lor normal deschis nseriat cu bobina contactorului, ceea ce conduce la deconectarea motorului de la reea. n caz de scurtcircuit acioneaz n timpul cel mai scurt siguranele fuzibile, montate n amonte de contactor, ntrerupnd alimentarea motorului.

Protecia la scderea tensiunii este asigurat de nsi bobina contactorului care dezvolt o for activ mai mic dect fora rezistent de ndat ce tensiunea de alimentare scade sub 70% din valoarea nominal, astfel contactele contactorului se deschid i deconecteaz motorul de la reea.

n cazul alimentrii unui motor asincron trifazat prin intermediul unui contactor avnd electromagnetul de acionare de curent continuu, se poate utiliza o punte redresoare.

Contactoarele cu relee de protecie fiind folosite n special la acionarea motoarelor electrice, trebuie s ndeplineasc anumite condiii de funcionare selectiv a proteciilor. Astfel pentru circuitele reprezentate n schema electric desfurat care utilizeaz pentru protecie relee termice, relee electromagnetice i sigurane fuzibile, o caracteristic de protecie corect aleas este prezentat n figura 5.2.

Figura 5.2. Caracteristica temporal de protecie la suprasarcin, supracurent i scurtcircuit a unui motor asincron

1caracteristica dependent a releului termobimetalic, 2caracteristica indepen-dent a releului electromagnetic, 3caracteristica dependent a siguranei fuzibile, 4caracteristica de stabilitate termic a motorului.

Caracteristica temporal de protecie, reprezentat prin linia ngroat, evideniaz modul de realizare al selectivitii proteciei. Astfel, pentru cureni ce depesc curentul nominal pn la (710)(In acioneaz protecia termic conform caracteristicii ei dependente (curba 1), la suprasarcini cuprinse ntre (710)(In i (1520)(In acioneaz protecia electromagnetic ntr-un timp de ordinul sutimilor de secund, conform caracteristicii independente (curba 2) iar la scurtcircuite cnd curentul este mai mare de (1520)(In acioneaz siguranele fuzibile ntr-un timp foarte scurt, conform caracteristicii de protecie a acestora (curba 3). Curba 4 reprezint caracteristica de stabilitate termic a motorului protejat. O protecie corect nu trebuie s intersecteze curba 4, dar nici s nu fie exagerat de deprtat de aceasta pentru a asigura un randament ridicat motorului.

n cazul des ntlnit n practic cnd protecia la suprasarcin este asigurat doar de relee termice i protecia la scurtcircuite de ctre sigurane fuzibile, caracteristica temporal de protecie are forma din figura 5.3.. Protecia asigurat de releele termice are forma curbei 1. Forma dependent a acestei caracteristici permite ca motorul s suporte un timp determinat (cteva secunde) supracureni de (67)(In caracteristici curenilor de pornire a motoarelor asincrone. n cazul unor scurtcircuite, pentru cureni peste 10(In, trebuie s intre n funciune siguranele fuzibile, a cror curbe (2) au alura din figur. i n acest caz curba de stabilitate termic a motorului 3, nu trebuie s intersecteze caracteristicile de protecie.

Figura 5.3. Caracteristica temporal de protecie la suprasarcin

i scurtcircuit a unui motor asincron

1caracteristica dependent a releului termobimetalic, 2caracteristica dependent a siguranei fuzibile, 3caracteristica de stabilitate termic a motorului.

Datorit posibilitilor de comand de la distan i cu frecven mare, a adaptabilitii uoare la schemele de automatizri contactoarele electromagnetice reprezint soluia cea mai uzitat n comanda motoarelor electrice. n instalaiile complexe cu caracter automat contactoarele servesc nu doar la conectarea i deconectarea motoarelor ci i la protecia acestora prin intermediul releelor cu care sunt dotate.

Exemplificm rolul contactoarelor n comanda i protecia motoarelor prin cteva scheme electrice desfurate uzuale. Meionm c schemele prezentate pot fi dezvoltate prin nlocuirea contactoarelor acionate cu electromagnei de curent alternativ. cu contactoare acionate cu electromagnei de curent continuu (i rezistene economizatoare), adugarea unor semanlizri i a unor aparate de msur i control.

5.1.2. Comanda cu inversare de sens i protecia unui motor asincron

n figura 5.4. este prezentat schema electric desfurat de comand (cu contactoare de curent alternativ), protecie i inversare de sens a unui motor asincron cu rotor n scurtcircuit. Menionm c pornirea prin conectare direct la reea este posibil doar n cazul motoarelor de mic putere.

Figura 5.4. Schema electric de comand, protecie i inversare de sens a unui motor asincron

F1, F2, F3, F5 sigurane fuzibile, F4 releu termobimatalic, K1, K2 contactoare electromagnetice, S1, S2, S3 butoane de acionare, M motor asincron cu rotorul n scurtcircuit.

Schema electric cuprinde dou contactoare K1 i K2 ce pot asigura prin inversarea a dou faze statorice ale statorului funcionarea motorului asincron n ambele sensuri de rotaie. Pentru a preveni manevrele greite schema circuitului de comand trebuie prevzut cu o serie de blocaje care s mpiedice acionarea simultan a celor dou contactoare (echivalent cu scurtcircuit la bornele reelei).

Butoanele de acionare S2, S3 comand rotirea spre stnga sau spre dreapta a motorului M i sunt prevzute cu cte dou contacte, unul normal deschis (24) i unul normal nchis (13), care acioneaz simultan. n serie cu bobinele celor dou contactoare se afl cte un contact normal nchis a celuilalt contactor.

Dac motorul nu este conectat contactele K1 (35) i K2 (35) sunt nchise i prin acionarea unuia din butoanele de pornire (S2 sau S3) se asigur alimentarea bobinei contactorului K1 (01) sau K2 (01). Dac spre exemplu am aciona butonul S2 alimentnd bobina contactorului K1 acesta i nchide contactele principale K1 (24, 68, 1012) i asigur un sens de rotaie al motorului.

Pentru inversarea sensului de rotaie a motorului, acesta trebuie mai nti oprit prin acionarea butonului S1 i apoi prin acionarea lui S3 se asigur conectarea contactorului K2, care i nchide contactele principale, contactul de automeninere K2 (1416) i i deschide contactul auxiliar de interblocare K2 (35). Prin oprirea motorului naintea inversrii de sens se elimin posibilitatea unor manevre greite i se reduce ocul de curent (la inversarea brusc a sensului cmpului magnetic nvrtitor ocul de curent este dublul curentului de pornire a motorului.

5.1.3. Comanda i protecia unui motor asincron cu pornire stea-triunghi

Majoritatea motoarelor nu permit pornirea prin conectare direct la reea i necesit metode speciale de pornire care urmresc reducerea ocului de curent concomitent cu obinerea unor parametrii energetici ct mai buni.

Una din metodele cele mai folosite de pornire a motoarelor asincrone cu rotor n scurt circuit este pornirea steatriunghi a crei schem electric desfurat este prezentat n figura 5.4.

Conform diagramei prezentate n figura 1.27 la pronirea steatriunghi datorit alimentrii iniial a motorului cu tensiunea de faz, curentul de pornire (dar i momentul de pornire) sunt de trei ori mai mici dect n cazul conectrii directe la reea la tensiunea de linie. Rezult c aceast metod de pornire se poate aplica motoarelor cu porniri uoare (cu sarcin redus sau cu cuplaje). Motarele asincrone cu rotor n scurtcircuit care folosesc pornirea steatriunghi trebuie s aib tensiunea nominal egal cu tensiunea de linie a reelei i s aib acces la ambele capete ale bobinelor statorice (ase borne statorice pe cutia de borne).

Pentru ponire se acionaz butonul S2 care alimenteaz bobina contactorului K2 dac contactl normal nchis de interblocare K3 (35) nu este deschis. Deci dac coneciunea triunghi nu este realizat K2 prin contactele sale principale realizeaz conexiunea stea i apoi prin K2 (1416) alimenteaz bobina contactorului principale K1 (01) care se automenine prin K1 (1416). O dat cu alimentarea lui K2 este alimentat i bobina releului de timp K4T (01) care i ncepe temporizarea. Dup trecerea timpului prestabilit contactorul K4T i deschide contactul normal nchis cu temporizare la acionare K4T (35) deconectnd contactorul K2 i readucnd n poziia nchis contactul K2 (35). n acest moemnt se realizeaz conexiunea triunghi prin contactele principale ale contactului K3. Motorul rmne alimentat n regim de durat n conexiune triunghi.

Figura 5.5. Schema electric de comand cu contactoare de c.a., protecie i pornire Y-( a unui motor asincron cu rotorul n scurtcircuit

F1, F2, F3, F5 sigurane fuzibile, F4 releu termobimatalic, K1, K2, K3 contactoare electromagnetice, K4T releu de timp cu temporizare la acionare, S1, S2 butoane de acionare, M motor asincron cu rotorul n scurtcircuit.

Pentru oprire se acioneaz butonul S1 care ntrerupe alimentarea schemei de comand i aduce la starea iniial instalaia.

O schem similar celei din figura 5.5 dar realizat cu contactoare de curent continuu este prezentat n figura 5.6.

Schema conine transformatorul de separare T1 cu rolul de a separa galvanic instalaia de comand de cea de for. Puntea redresoare V alimenteaz schema de comand cu tensiunea continu necesar. Siguranele F1 ... F9 asigur protecii la scurt circuit a instalaiei de for i de comand. Rezistenele R1, R2, R3 sunt rezistene economizatoare cu rolul de a limita curentul prin bobinele de c.c. ale contactoarelor i de a limita n acest mod solicitarea lor termic.

Figura 5.6. Schema electric desfurat de comand cu contactoare de c.c.,

protecie i pornire Y-( a unui motor asincron cu rotorul n scurtcircuit

F1, F2, F3, F5, F6, F7, F8, F9, sigurane fuzibile, F4 releu termobimatalic, K1, K2, K3 contactoare electromagnetice, K4T releu de timp cu temporizare la acionare S1, S2 butoane de acionare, M motor asincron cu rotorul n scurtcircuit, H1, H2, H3, H4lmpi de semnalizare, Ttransformator de separare, Vpunte redresoare, R1, R2, R3rezistene economizatoare, C0condensator dee filtraj.

Lmpile de semnalizare H1 ... H4 semnalizeaz: H1 prezena tensiunii n reeaua de alimentare, H2 prezena tensiunii de comand, H3 funcionarea n conexiune stea a motorului, H4 funcionarea n conexiune triunghi a motorului.

Caracteristica temporal de protecie a motorului este cea prezentat n figura 5.3.

5.1.4. Comanda i protecia unui motor asincron cu pornire cu reostate statorice

O alt metod de pornire a motoarelor asincrone cu rotor n scurtcircuit const n pornirea cu reostate statorice, a crei schem electric desfurat de comand i protecie este prezentat n figura 5.7.

Metoda de pornire cu reostate statorice a motoarelor asincrone este o metod de pornire cu tensiune redus (i deci cu moment de pornire redus) care limiteaz valoarea curentului de pornire. Ciruitul de for conine contactoarele K1 i K2 care alimenteaz succesiv motorul M.

Figura 5.7. Schema electric desfurat de comand, protecie

i pornire cu rezistene statorice a unui motor asincron

F1, F2, F3, F5 sigurane fuzibile, F4 releu termobimatalic, K1, K2 contactoare electromagnetice, K3T releu de timp cu temporizare la acionare, S1, S2 butoane de acionare, M motor asincron cu rotorul n scurtcircuit, R reostate de pornire.

Prin acionarea butonului de pornire S2 este alimentat bobina contactorului K2 dac contactul de interblocare K1 (35) este nchis anume K1 nu este acionat. Contactorul K2 se automenine prin K2 (1416) i concomitent cu el este alimentat releul de timp K3T. Dup trecerea timpului prestabilit contactul normal deschis cu temporizare la acionare K3T (24) se nchide alimentnd bobina contactorului K1 (01) care deschide contactul auxiliar K1 (35), nchide contactele de for i contactul de automeninere K1 (1416). Astfel motorul rmne alimentat n regim de durat la tensiunea nominal a reelei.

Pentru oprire se acioneaz butonul S1 care ntrerupe alimentarea circuitului de comand readucnd circuitul de for la starea iniial. Protecia la scurtcircuit a motorului i a circuitului de comand se realizeaz prin sigurane fuzibile, iar protecia la suprasarcin a motorului este asigurat de blocul de relee termobimetalice F4.Caracteristica temporal de protecie a circuitului de for este cea reprezentat n figura 5.3.

5.1.5. Comanda i protecia unui motor asincron pornit cu autotransformator

Pornirea motoarelor asincrone prin autotransformator este soluia optim din punct de vedere energetic dar implic costuri mai mari, de aceea ea se justific n cazul motoarelor de putere.

Figura 5.8. Schema electric desfurat de comand, protecie

i pornire cu autotransformator a unui motor asincron

F1, F2, F3, F5 sigurane fuzibile, F4 releu termobimatalic, K1, K2 contactoare electromagnetice, K3T releu de timp cu temporizare la acionare, K4T releu de timp cu temporizare la revenire, S1, S2 butoane de acionare, M motor asincron cu rotorul n scurtcircuit, AT autotranformator

Schema electric desfurat de comand i protecie a pornirii cu autotransformator a unui motor asincron este prezentat n figura 5.8.

Pentru pornirea motorului se acionaz butonul S2 care alimenteaz bobina contactorului K1 i prin acesta i bobina contactorului K2. Automeninerea se face prin K2 (1416) alimentnd motorul cu tensiune redus prin autotransformatorul AT (limitnduse astfel curentul de pornire). O dat cu contactoarele K1 i K2 se alimenteaz i bobinele celor dou relee de timp K4T i K5T care i ncep temporizarea. Contactele normal nchise K1 (35) i K2 (35) se deschid. Prin alimentarea bobinei K5T contactul normal deschis cutemporizare la revenire K5T (24) se nchide dar nu poate alimenta bobina lui K3 deoarece sunt deschise contactele K1 (35) i K2 (35). Dup scurgerea timpului reglat al releului de timp K4T contactul acestuia normal nchis cu temporizare la acionare K4T (35) se deschide. n acest moment se ntrerupe alimentarea contactoarelor K1, K2 i a releelor de timp K4T i K5T. Prin renchiderea contactelor K1 (35) i K2 (35) i prin contactul noemal deschis (dar nchis n acest moment deoarece temporizarea releului K5T este mai mare dect a releului K4T) cu temporizare la revenire K5T (24) este alimentat bobina contactorului K3 (01) care i nchide contactele principale. Motorul este astfel alimentat la tensiune nominal K3 automeninnduse prin contactul auxiliar de automeninere K3 (1416). Pentru oprire se acioneaz butonul S1. Proteciile sunt cele descrise anterior i crora le corespunde caracteristica temporal de protecie din figura 5.3.

5.1.6. Comanda i protecia unui motor asincron pornit cu rezistene rotorice

n figura 5.9. este prezentat schema electric desfurat de comand i protecie pentru pornirea cu rezistene rotorice n dou trepte temporizate a motoarelor asincrone cu rotorul bobinat.

La pornirea motoarelor asincrone cu rotor bobinat se pot introduce dou sau mai multe trepte de rezistene cu rolul de a limita ocurile de curent la pornire. Treptele de rezistene rotorice se scrutcircuiteaz succesiv i n mod automat prin comanda dat de releele de temporizare.

Contactorul K1 asigur conectarea la reea a statorului iar contactoarele K2 i K3 scurtcircuiteaz pe rnd treptele de rezistene rotorice R1, R2. Pornirea se comand prin butonul de acionare S2 i dac contactele K2 i K3 nu sunt acionate (adic K2 (35) i K3 (35) sunt nchise) este alimentat contactorul principal K1 care se automenine prin K1 (1416). Prin K1 (1820) i K2 (79) este alimentat releul de timp K5T care dup trecerea temporizrii prin contactul normal deschis cu temporizare la acionare K5T (24) alimenteaz pe K3 scurtcircuitnd prima treapt de reostate (R2) i alimentnd pe K4T care i ncepe temporizarea.

Dup scurgerea temporizrii lui K4T prin contactul normal deschis cu temporizare la acionare K4T (57) este alimentat contactorul K2 care se automenine prin K2 (1012) i decupleaz prin K2 (79) releele de temporizare i contactorul K3. n regim de durat motorul nu are rezisten n circuitul rotoric.

Figura 5.9. Schema electric desfurat de comand, protecie

i pornire cu reostate rotorice a unui motor asincron cu rotorul bobinat

F1, F2, F3, F5 sigurane fuzibile, F4 releu termobimatalic, K1, K2, K3 contactoare electromagnetice, K4T , K5T relee de timp cu temporizare la acionare, S1, S2 butoane de acionare, M motor asincron cu rotorul bobinat, R1, R2 reostate de pornire

Pentru oprire se acioneaz butonul S1 care ntrerupe alimentarea circuitului de comand i readuce instalaia la starea iniial. Proecia la scurtciruit se realizeaz prin sigurane fuzibile iar cea la suprasarcin prin blocul de relee termobimetalice F4.

Caracteristica temporal de protecie este cea din figura 5.3.

5.1.7.Protecia minimal de tensiune a motoarelor electrice

Protecia minimal de tensiune are rolul de a preveni scderea tensiunii de alimentare sub o anumit limit admis pentru a evita supranclzirea motoarelor datorit curenilor de suprasarcin. n cazul mai multor motoare alimentate de la acelai sistem de bare, protecia mai are rolul de a deconecta unele motoare pentru a pstra n funciune motoarele ce antreneaz consumatori importani.

Protecia minimal de tensiune se realizeaz cu relee minimale de tensiune i cu relee de timp, sub forma unui grup separat de relee pentru fiecare motor, sau a unui grup comun pentru mai multe motoare Cu o temporizare mic (0,5s) este declanat grupul motoarelor de importan secundar iar cu o temporizare mai mare (510s) este declanat i grupul motoarelor importante dac tensiunea nu a reuit s revin la valoarea reglat.

Contactele releelor minimale de tensiune se leag n serie pentru a produce acionarea numai la scderea tensiunii pe toate fazele. n cazul n care tensiunea scade sub valoarea de pornire a releelor, acestea i nchid contactele i excit releele de timp, dac tensiunea nu i revine n 0,5 s releul de timp comand prin intermediul unor relee intermediare deconectarea motoarelor, scznd astfel consumul de la sistemul comun de bare. n cazul n care scderea tensiunii se menine pn la temporizri de ordinul 510 s se comand deconectarea tuturor motoarelor.

5.1.8. Protecia motoarelor asincrone de putere la scurtcircuite polifazate

Protecia mpotriva scurtcircuitelor polifazate a motoarelor de putere, n cazul motoarelor de putere mare alimentate prin ntreruptoare, se poate realiza fie printr-o protecie diferenial longitudinal, fie printr-o protecie maximal de curent.

Prima dintre ele se utilizeaz la motoarele de putere foarte mare i se realizeaz cu o schem similar celei din figura 5.10, motorul trebuind s aibe nulul accesibil.

Curentul de scurtcircuit provoac acionare releelor maximale F1 i / sau F2, care excit releul intermediar K1 i care la rndul su provoac alimentarea bobinei de declanare a ntreruptorului Q. Declanarea motorului de la reea se face fr temporizare. Datorit componentei homopolare a curenilor de defect este suficient folosirea a dou relee maximale de curent pentru sesizarea defectelor din statorul motorului.

Releul intermediar K1 poate fi uneori nlocuit cu un contactor de comand dac este nevoie de un curent mai mare pentru excitare bobinei de declanare (BD) care comand declanarea ntreruptorului Q.

Figura 5.10. Schema electric desfurat monofilar de comand i protecie

maximal de curent mpotriva scurtcircuitelor polifazate

F1, F2relee maximale de curent, K1releu intermediar, Qntreruptor, BDbobina declanatorului, TC1, TC2transformatoare de curent, Mmotor asincron trifazat.

5.1.9. Protecia diferenial longitudinal a motoarelor sincrone de putere

Pentru comanda i protecia motoarelor sincrone se folosesc contactoare cu relee de protecie, pentru regimurile cu conectri frecvente sau ntreruptoare cu declanatoare pentru motoarele de putere care necesit decomnectarea rapid de la reteaua de alimentare.

La apariia pendulrilor n reeaua la care este conectat statorul motorului sincron se produc pulsaii mari ale curentului din stator. Acest curent variabil produce un flux variabil n timp care induce o tensiune electromotoare n nfurarea rotoric. Pe apariia acestei componente se bazeaz schema de protecie diferenial longitudinal prezentat n figura 5.11.

Schema utilizeaz un transformator de curent TC conectat n circuitul rotorului, un releu maximal de curent F1, un releu intermediar K1T cu un contact cu temporizare la deschidere, un releu de timp K2T i un releu intermediar K3 cu un rol de declanare a ntreruptorului principal Q i de dezexcitare al rotorului prin intermediul A.D.R. n regim sincron prin nfurarea rotorului generatorului sincron nu circul dect curentul continuu produs de excitatoarea Gcc.

La ieirea din sincronism, datorit pendulrilor, componenta alternativ a curentului care apare n circuitul rotorului este sesizat de transformatorul de curent TC, se excit releul maximal F1, releul intermediar cu temporizare K1T acioneaz i releul de timp K2T comand dup timpul reglat, prin intermediul releului K3 declanarea motorului i dezexcitarea sa.

Figura 5.11. Schema electric desfurat monofilar de comand i protecie mpotriva ieirii din sincronism a unui motor sincron

Msmotor sincron, TCtransformator de curent, F1releu maximal de curent,

K1T, K2Trelee de temporizare, K3releu intermediar, Gccexcitatrice,

Rexrezisten de reglaj, Qntreruptor principal, BDbobina declanatorului.

Temporizarea realizat prin intermediul releului K1T este necesar pentru c n timpul pendulrilor curentul ar putea s devin mai mic dect curentul de revenire al releului F1, oprindu-se pentru scurt durat alimentarea releului K2T. Prin contactul su releul K1T asigur deci prelungirea duratei impulsului. Releul de timp K2T este necesar ca protecia s nu acioneze intempestiv la apariia unor componente, ce urmeaz a fi nlturate de proteciile specifice mpotriva scurtcircuitelor.

5.2. PROTECIA GENERATOARELOR SINCRONE

Funcionarea normal a unui generator sincron poate fi perturbat de defectele interioare sau de regimurile anormale ale reelei exterioare.

Defectele interioare se datoreaz n special scurtcircuitelor din nfurrile statorice sau rotorice (dezexcitaie). Eliminarea rapid a cestor defecte este necesar pentru a se evita distrugerea generatorului prin efectele termice sau electrodinamice ale curenilor de scurtcircuit. Deconectarea rapid a generatorului de la reea se face prin ntreruptorul principal Q i prin reducerea tensiunii electromotoare indus n stator, prin micorarea sau ntreruperea curentului de excitaie prin ntreruptorul de dezexcitare rapid (ADR) din circuitul rotoric.

5.2.1. Protecia diferenial longitudinal a unui generator sincron

Principul acestei protecii se bazeaz pe comapararea sensurilor i valorilor curenilor de la intrarea i ieirea fiecarei faze a generatorului. Schema de principiu, monofilar, a acestei protecii este prezentat n figura 5.12. Pentru realizarea schemei nulul generatorului sincron trebuie s fie accesibil, iar cele doua transformatoare de curent de pe fiecare faz TC1 i TC2 trebuie s aib rapoartele de transformare egale i caracteristici identice.

Figura 5.12. Schema electric desfurat monofilar de comand, protecie

diferenial longitudinal a unui generator sincron

GSgenerator sincron, Qntreruptor, BDbobina declanatorului, TC1, TC2transformatoare de curent, F1releu diferenial de curent, K1releu intermediar.

n cazul unui scurtcircuit n interiorul generatorului curenii din secundarele celor dou transformatoare de curent se nsumeaz prin releul maximalF1, acesta acioneaz i excit releul intermediar K1 care comand declanarea ntreruptorului principal Q i a automatului de dezexcitare rapid (A.D.R.). Schema asigur o declanare instantanee la scurtcircuitele din nfurarea statoric a generatorului sincron.

5.2.2. Protecia mpotriva scurtcircuitelor rotorice a generatoarelor sincrone

Schema cuprinde un releu maximal de curent F1, un releu intermediar K1, un transformator T avnd una din bornele nfurarii secundare legate la pmnt i un condensator C cu rolul de a separa circuitul de curent continuu al rotorului, de circuitul de curent alternativ legat la pmnt. n cazul unei puneri la pmnt a nfurrii rotorice a generatorului sincron GS, se nchide circuitul de curent alternativ format din secundarul transformatorului T, releul maximal F1, condensatorul C i pmnt, fapt care determin acionarea releului F1.

Prin contactul normal deschis a releului F1 se excit releul intermediar K1 care prin contactele sale comand declanarea generatorului i dezexcitarea rapid a nfurrii de excitaie.

Figura 5.13. Schema electric desfurat monofilar de comand i protecie

mpotriva scurtcircuitelor rotorice

GSgenerator sincron, Qntreruptor principal, BDbobina declanatorului,

Gccexcitatrice, Rexreostat de reglare a excitaiei, F1releu maximal de curent,

K1releu intermediar, Ttransformator, Ccondensator.

5.2.3. Protecia maximal cu tiere de curent a unui generator sincron

Se utilizeaz mpotriva scurtcircuitelor polifazate i suprasarcinilor exterioare generatorului.

n figura 5.14. este prezentat schema electric monofilar a proteciei maximale cu tiere de curent.

Releele maximale de curent F1...F4 acioneaz. la apariia unor scurtcircuite exterioare i excit releul de timp K1T, care din motive de selectivitate a proteciei are cea mai mare temporizare din sistem. Releul de timp K1T excit releul intermediar K2 numai dac proteciile anterioare (ale reelelor i transformatoarelor) nu acioneaz, provocnd declanarea generatorului cu temporizarea reglat.

Figura 5.14. Schema electric desfurat monofilar de comand i protecie

maximal cu tiere de curent a unui generator sincron

GSgenerator sincron, TC1, TC2transformatoare de curent, Qntreruptor principal, BDbobina declanatorului, F1...F4relee maximale de curent, K1Treleu de temporizare, K2releu intermediare.

Scurtcircuitele violente sunt sesizate de releele maximale de curent F1 i F2 (reglate la o valoare de pornire mai mare dect a releelor maximale de curent F3, F4) provocnd acionarea instantanee a releului intermediar K2 ce comand declanarea generatorului de la raea i dezexcitarea sa rapid. Aceste relee asigur aa numita tiere de curent pentru curenii de scurtcircuit inteni.

5.2.4. Protecia prin bobine de reactan a generatoarelor sincrone

Bobinele de reactan sunt aparate care servesc la limitarea curenilor de scurtcircuit n circuitele electrice de mare putere i la meninerea tensiunii la bare, n caz de avarie, la un nivel acceptabil, care s asigure funcionarea fr ntrerupere a consumatorilor neafectai.

Limitarea valorii curenilor de scurtcircuit prin instalarea bobinelor de reactan la barele colectoare ale centralelor electrice, n staiile de transformare, precum i la liniile care pleac de la aceste bare, plasate dup cum se ilustreaz n figura 5.15. dei complic i scumpete instalaiile, realizeaz condiii mai bune pentru funcionarea elementelor celor mai sensibile echipamente la aceste avarii: cablurile (sub aspectul stabilitii termice), ntreruptoarele (sub aspectul puterii de rupere), permind alegerea unor echipamente pentru valori mai mici ale curenilor de scurtcircuit.

Bobina de reactan este o bobin fr miez de fier (pentru a avea o inductivitate constant) i la tensiuni sub 35 kV se realizeaz n aer. Rigidizarea bobinajului mpotriva forelor electrodinamice realiznduse prin nglobarea parial a acesteia n beton sau n rini epoxidice. Pentru tensiuni mai mari de 35 kV, bobinele de reactan sunt de tip exterior, mediul de rcire fiind uleiul mineral cuprins n interiorul unei cuve n care se afl i un ecran.

Parametrul principal al bobinei de reactan este reactana bobinei (Xr) al crei principal efect este cderea de tensiune pe bobin.

Figura 5.15. Schema electric de conectare n reelele electrice a

bobinelor de reactan

F1...F5bobine de reactane, Q1...Q7ntreruptoare, G1, G2generatoare sincrone.

Reactana procentual (raportat) Xr* [%] este un indicator al posibilitilor de limitare acurentului i este de obicei (6 ( 8) % pentru cablurile de plecare i

(8 ( 12) % pentru bobinele de reactan destinate barelor colectoare.

Pentru a evidenia efectul bobinei de reactan n circuitul protejat n figura 5.16. s-a reprezentat cderea de tensiune pe o plecare ntr-un cablu, la regimul nominal i n. regimul de scurtcircuit. Se observ c mrimea cderii de tensiune pe bobina de reactan n regimul de scurtcircuit, asigur pe barele o tensiune Urem de valoare aproiat cu cea nominal, iar curentul de scurtcircuitare este limitat.

Figura 5.16. Rolul bobinei de reactan n protecia la scurtcircuit

Bobinele de reactan n aer se execut fr miez de fier i ncastrate n beton.

Pentru ncastrarea cilor de curent, realizate din aluminiu sau cupru, se folosesc 6 ( 10 coloane de beton. ntre spirele bobinei se las spaii libere pentru accesul aerului de rcire. Betonul bobinei este tratat pentru a nu se nrutii rigiditatea dielectric a izolaiei spirelor, fiind acoperit dup uscare cu un lac nehigroscopic. Bobinele celor 3 faze pot fi montate att vertical, ct i orizontal. Dezavantajele bobinelor de reactan ncastrate n beton sunt: tehnologia complicat de prelucrare i uscare, precum i greutatea i dimensiunile de gabarit mari.

La bobinele de reactan n cuv metalic cu ulei trebuie luate msuri pentru limitarea fluxului magnetic prin pereii cuvei i ca urmare att uleiul ct i cuva s-ar nclzi puternic. Din aceast cauz n interiorul cuvei se monteaz un ecran inelar din cupru sau aluminiu, fixat pe pereii cuvei.

Compensarea este cu att mai bun cu ct rezistena electric a ecranului este mai redus.

Condiiile impuse prin normative bobinelor de reactan sunt:

supratensiunile nu trebuie s produc strpungeri sau puneri la pmnt a elementelor nfurrii;

stabilitatea termic i electrodinamic s fie ridicat;

cderile de tensiune n regim normal de funcionare s nu depeasc

(1 ( 3) % din tensiunea nominal;I

pierderile de putere n bobin s fie cuprinse ntre (0,2 ( 0,5) % din puterea ce

trece prin bobin.

5.3. PROTECIA TRANSFORMATOARELOR ELECTRICE

Defectele ce pot aprea la transformatoare pot fi defecte interne i defecte externe. Defectele interne ca: scurtcircuitele ntre spirele aceleai faze, scurtcircuite ntre nfurri, scurtcircuite ntre nfurri i cuv, sau la bornele transformatorului, pot fi eliminate cu ajutorul proteciei cu relee de gaze (Buchholz), proteciei difereniale longitudinale sau a proteciei de cuv (Chevalier).

n cazul unor scurtcircuite exterioare se folosesc proteciile maximale de curent temporizate, cu sau fr blocaj de tensiune minim, iar n cazul suprasarcinilor se folosesc protecii de semnalizare.

n cele ce urmeaz se prezint cteva din aceste scheme de protectie.

5.3.1. Protecia de gaze a transformatoarelor n ulei

Aceast protecie se utilizeaz pentru protecia transformatoarelor, de putere n cuv cu ulei mpotriva defectelor interne. Elementul specific al acestei protecii este releul de gaze (Buchholz) care afost prezentat n capitolul 3.2.6. i reprezentat schematic n figura 3.38.

Acest releu se monteaz pe conducta de legtur dintre cuva transformatorului i conservatorul de ulei, fiind format din dou plutitoare ce au ataate cte un microntreruptor cu mercur care se pot roti n jurul axelor lor.

La producerea unor scurtcircuite interioare, se produce vaporizarea uleiului sub aciunea arcului electric, gazele adumndu-se n partea superioar a releului Buchholz, provoac coborrea plutitorului inferior care prin contactele sale provoac declanarea transformatorului i semnalizarea declanrii.

Plutitorul inferior este prevzut cu o clapet de oc ce produce bascularea instantanee, a plutitorului sub aciunea undei de presiune ce nsoete scurtcircuitele violente.

Schema electric a proteciei de gaze este prezentat n figura 5.17. i conine releul de gaze F1, releul de semnalizare adeclanrii K1, releul intermediar cu temporizare la deschidere K2 i releul intermediar K3 care comand declanarea ntreruptoarelor Q1 i Q2. Dispozitivul de deconectare S1 permite funcionarea schemei doar pe partea de semnalizare.

La o dezvoltare de gaze n cuva transformatorului, prin ridicarea lor spre conservator se adun n partea superioar a releului de gaze provocnd coborrea primului plutitor care conduce la nchiderea contactului superior al releului F1care are rol de semnalizare a apariiei unei avarii.

Figura 5.17. Schema electric desfurat a proteciei de gaze

a unui transformator

Ttransformator electric, Q1, Q2ntreruptoare, BDbobina declanatoarului,

F1releul Buchholz, K1releu de semnalizare, K2releu intermediar cu temporizare, K3releu intermediar.

Dac defectul persist sau este un scurtcircuit violent, se nchide i contactul inferior al releului F1 care comand prin releul intermediar K3 declanarea ntreruptoarelor Q ! i Q2 i n acelai timp prin releul de semnalizare K1 semnalizeaz declanarea.

Deoarece impulsul dat de contactul inferior al releului Buchholz poate fi de prea scurt durat (n funcie de caracterul degajrii de gaze) schema este prevzut cu releul intermediar K2 cu un contact normal deschis cu temporizare la la deschidere.

Dup o operaie de umplere cu ulei a transformatorului i pn la eliminarea gazelor din ulei, schema va funciona doar n regim de semnalizare dup deschiderea dispozitivului S1.

Protecia de gaze a transformatoarelor cu ulei elimin pericolul exploziei cuvei datorit presiunii gazelor degajate prin descompunerea uleiului sub aciunea arcului electric.

5.3.2. Protecia diferenial longitudinal a unui transformator

Aceast protecie este utilizat pe scar larg ca o completare a proteciei de gaze, contra scurtcircuitelor interne sau la bornele transformatorului. Principiul de funcionare este cel al compensrii curenilor i este prezentat n schema electric monofilar din figura 5.18.

Releul maximal F1 compar valorile i sensurile curenilor acelorai faze din cele dou nfurri ale transformatorului de protejat T, prin intermediul transformatoarelor de curent TC1 i TC2. Cele dou transformatoare de curent sunt astfel alese nct tensiunile induse n nfurrile lor secundare s fie egale.

Aplicnd principiul suprapunerii efectelor, n funcionarea normal releul F1 este parcurs de diferena curenilor dai de cele dou transformatoare de curent: id= i1i2

Figura 5.18. Schema electric desfurat a proteciei difereniale

longitudinale a unui transformator

Ttransformator, TC1, TC2transformatoare de curent, Q1,Q2ntreruptoare,

BDbobina declanatorului, F1releu diferenial de curent, K1releu intermediar.

n cazul unui scurtcircuit exterior transformatorului, curenii de scurtcircuit sunt mari att in primarul ct i n secundarul transformatorului T dar releul diferenial F1 msoar un curent zero sau practic foarte mic.

Rezuzlt c schema de protecie nu funcioneaz la defecte externe.

n cazul unui scurtcircuit din interiorul transformatorului T, se schimb sensul de circulaie al curentului di secundarul transformatorului i2 (linia punctat din figur) i ca urmare releul F1 va fi parcurs de un curent mai mare dect curentul de pornire al releului F1 i se produce acionarea acestuia. Releul maximal excit releul intermediar K1 care alimenteaz bobinele de declanare BD ale calor dou ntreruptoare Q1 i Q2 provocnd declanarea lor practic instantaneu.

5.3.3. Protecia maximal de curent cu blocaj de tensiune minim

a unui transformator

Aceast protecie se utilizeaz pentru protecia transformatoarelor fa de curenii de scurtcircuit ce apar pe liniile ce pleac de la secundarul transformatorului. Deoarece aceste linii sunt prevzute i cu alte protecii, din motive de selectivitate releul de timp trebuie reglat cu o treapt peste cea mai mare treapt de temporizare din reea.

Figura 5.19. Schema electric desfurat a proteciei maximale de curent cu blocaj de tensiune minim

Ttransformator, TCtransformator de curent, TTtransformator de tensiune, Q1,Q2ntreruptoare, BDbobina declanatorului, F1releu minimal de tensiune, F2releu maximal de curent, K1Treleu de temporizare, K2releu intermediar.

Prin reglarea astfel a temporizrii proteciei, schema nu funcioneaz dect n cazul unui refuz de funcionare al proteciilor reelelor sau dac scurtcircuitul are loc la barele transformatorului.

Schema electric desfurat monofilar a acestei protecii este prezentat n figura5.19. i conine un releu maximal de curent F2, un releu de timp K1T, un releu intermediar K2 i releul minimal de tensiune F1. Releul minimal de tensiune are rolul de a mpiedica pornirea proteciei n cazul suprasarcinilor sau scurtcircuitelor ndeprtate, care nu provoac n paralel cu creterea curenilor i o nsemnat scdere a tensiunii pe bare, astfel c n aceste situaii releul F1 rmne acionat i contactul su este deschis. n acest fel curentul de pornire al proteciei se poate regla la valori apropiate de curentul nominal, ceea ce face ca sensibilitatea schemei de protecie s creasc.

5.4. PROTECIA REELELOR ELECTRICE

Una dintre principalele condiii care se impun instalaiilor electrice este aceea a siguranei n funcionare, adic a alimentrii continue cu energie electric a consumatorilor.

Asigurarea funcionrii fr ntrerupere a instalaiilor electrice are o importan deosebit, att datorit faptului c urmrile perturbrilor n funcionare pot fi foarte grave, ct i datorit faptului c instalaiile electrice sunt mai expuse deranjamentelor dect alte genuri de instalaii. Gravitatea urmrilor provine, n primul rnd, din faptul c:

instalaiile electrice fcnd parte, n general, dintr-un sistem energetic complex i fiind legate ntre ele electric;

un defect aprut ntr-un loc deranjeaz funcionarea normal a ntregului sistem; n al doilea rnd, gravitatea defectelor din instalaiile electrice se datorete energiilor foarte mari care intervin n desfurarea acestora, conducnd la efecte distructive extrem de mari.

Rolul principal al automatizrilor i al proteciei prin relee folosite n electroenergetic const n limitarea efectelor avariilor aprute i n asigurarea alimentrii fr ntrerupere cu energie electric a consumatorilor. Protecia prin relee, care constituie ea nsi automatizarea folosit de mult vreme pe scara cea mai larg n instalaiile electrice, are n general dou funciuni principale:

Separarea elementului avariat de restul instalaiilor electrice i asigurarea, n felul acesta, a funcionrii n continuare a acestora, n condiii normale;

Sesizarea regimurilor anormale (nepermise) de funcionare a instalaiilor electrice i semnalizarea lor, pentru a se preveni apariia unor avarii.

Pentru ndeplinirea acestor dou funciuni fundamentale, dispozitivele de protecie, indiferent de tipul sau principiul constructiv pe care se bazeaz, trebuie s satisfac urmtoarele condiii generale:

Selectivitatea, adic deconectarea doar a elementului avariat i permiterea funcionrii n continuare a instalaiilor neavariate;

Sensibilitatea, adic sesizarea tuturor defectelor i a regimurilor anormale de funcionare, chiar atunci cnd ele se deosebesc doar cu puin de regimul de funcionare normal al instalaiilor;

Rapiditatea, care este necesar pentru c numai o deconectare rapid a elementelor avariate poate rmne fr urmri asupra funcionrii instalaiilor neavariate;

Sigurana, care const n aceea c dispozitivele de protecie prin relee, care acioneaz foarte rar (de cteva ori pe an), trebuie s fie pregtite, chiar dup o perioad lung de repaos, pentru a funciona corect.

Sistemul energetic se compune dintr-un numr foarte mare de elemente care contribuie la realizarea a trei procese distincte i anume: producerea, transportul i distribuia energiei electrice i termice. Corespunztor acestor procese, elementele componente se grupeaz n urmtoarele pri distincte ale sistemului i anume: centralele, reelele electrice, centralele de termoficare i consumatorii de energie electric i termic.

Centrala reprezint ansamblul de instalaii care servesc la producerea energiei electrice i termice pe baza transformrii energiei resurselor energetice primare.

Reelele electrice reprezint ansamblul de instalaii prin intermediul crora energia electric este transportat de la centralele productoare pn la consumatori, cuprinznd, n principal, linii electrice de energie, staii electrice i posturi de transformare.

Linia electric de energie reprezint ansamblul de conducte electrice, dispozitive i construcii necesare, care asigur transportul la distan sau distribuia energiei electrice pentru alimentarea consumatorilor i care urmrete un traseu, constituind astfel una sau mai multe ci de curent.

Staia electric reprezint ansamblul de instalaii i de construcii anexe n care se realizeaz cel puin unul dintre urmtoarele procese:

modificarea parametrilor puterii electromagnetice (tensiune, frecven, etc.) corespunztor condiiilor de transport sau de utilizare a energiei electrice;

conectarea electric a dou sau mai multe surse de energie electric;

conectarea electric a dou sau mai multe ci de curent pentru alimentarea receptoarelor de energie electric.

Postul de transformare reprezint instalaia electric de curent alternativ, n care tensiunea este cobort la o tensiune joas, sub 1000 V, n scopul alimentrii reelelor de distribuie i a receptoarelor.

n figura 5.20. este reprezentat schema monofilar de principiu a unei reele electrice ca parte dintr-un sistem energetic.

Energia produs n centralele electrice este transmis, prin intermediul unor transformatoare de putere, care ridic tensiunea la cea a liniilor de nalt tensiune. Energia electric este transportat pe liniile electrice de nalt tensiune pn la staiile de transformare cobortoare, de la care pleac liniile de medie tensiune ce alimenteaz transformatoarele posturilor de transformare.

Figura 5.20. Reprezentarea schematic a unei reele electrice

G1, G2generatoare, T1, T2transformatoare de reea, Q1...Q4ntreruptoare, L1, L2linii electrice.

Reelele electrice pot fi clasificate dup: valoarea tensiunii, structur i modul de tratare a neutrului.

A. Dup valoarea tensiunii, se deosebesc:

reele de nalt tensiune, cu tensiuni de 110, 220, 400 kV i mai mult, folosite pentru transportul energiei electrice dinspre zonele de producere, nspre zonele de consum;

reele de medie tensiune, cu tensiunea ntre 6 i 60 kV, utilizate n general pentru distribuia energiei electrice;

reele de joas tensiune, sub 1 kV, cele mai frecvente fiind tensiunile de 380 i 220 V, utilizate pentru distribuia energiei electrice la consumatori.

Puterile din ce n ce mai mari cerute de consumatori, impun utilizarea din ce n ce mai mult a instalaiilor de 110 kV, nu numai pentru transport, ci i pentru distribuia energiei electrice.

B. Dup structur, reelele se clasific n:

reele radiale sau arborescente, prin care consumatorii sunt alimentai dintr-un singur sens;

reele buclate, prin care consumatorii sunt alimentai din cel puin dou sensuri.

C. Dup modul de tratare a neutrului, reelele electrice se clasific n:

reele cu neutru izolat, al cror neutru nu are nici o legtur special cu pmntul;

reele cu neutrul tratat, care pot fi cu neutrul compensat, (legat la pmnt printr-o bobin de stingere sau printr-un transformator de legare la pmnt), sau cu neutrul necompensat (legat la pmnt fie direct, fie printr-o rezistent sau printr-o bobin cu inductan redus).

5.4.1. Protecia maximal de curent a liniilor electrice radiale

Protecia maximal de curent se utilizeaz n cazul reelelor radiale cu alimentare de la un singur capt (ca teeaua di figura 5.21.).

Figura 5.21. Reea electric radial simpl

Ttransformator, Q1...Q5ntreruptoare, L1...L4linii electrice.

Figura 5.22. Schema electric desfurat monofilar a proteciei maximale de curent a unei reele radiale simple

Q3ntreruptor pricipal, BDbobina declanatorului, TCtransformator de curent, F1releu maximal de curent, K1releu intermediar, L2linia electric defect.

n cazul acestor reele protecia cuprinde: un releu maximal de curent F1 i un releu intermediar K1. Dac scurtcircuitul apare pe liniaL2 el este sesizat de releul maximal de curent F1, care comand releul intermediar K1 i care la rndul su comand declanarea ntreruptorului Q3, aa cum este prezentat n schema electric monofilar din fidgura 5.22.

Semnalul pentru releul maximal de curent F1 este preluat prin transformatorul de curent TC. Se obine astfel o declanare practic instantanee a ntreruptorului liniei defecte, celelalte linii rmnnd alimentate.5.4.2. Protecia maximal de curent temporizat a liniilor electrice radiale

Acest tip de protecie se utilizeaz n cazul reelelor radiale avnd pe parcurs consumatori ce pleac de la sistemele de bare A,B,C aa cum este prezentat n figura 5.23.

Figura 5.23. Reea radial complex

Ttransformator, Q1...Q9ntreruptoare, A, B, C, Dnoduri de ramificare a reelei.

Datorit configuraiei arborescente a reelei protecia maximal de curent trebuie prevzut i cu o temporizare a acionrii. Astfel n cazul unui scurtcircuit (ca cel prezentat n figur) trebuie s acioneze doar ntreruptorul Q9 pentru a se obine o funcionare selectiv a proteciei. Se obine astfel o protecie maximal temporizat n trepte.

Temporizarea minim se gsete la captul liniei i ea crete n trepte constante spre sursa de alimentare.

Treptele sunt de 0,5 ( 0,7 s pentru a exista sigurana declanrii numai a ntreruptorului liniei defecte. Acest tip de protecie este prezentat n figura 5.24. i se realizeaz prin relee electromagnetice maximale de curent F1, care excit releul de timp K1T i care comand declanarea ntreruptoarelor prin intermediul unor relee intermediare K2.

n cazul unui scurtcircuit pe linie releul maximal F1 acioneaz i excit releul de timp K1T, care cu temporizarea reglat excit releul intermediar K2 care comand bobina BD de declanare a ntreruptorului Q9.

Figura 5.24. Schema electric desfurat monofilar a proteciei maximale temporizate n trepte a unei reele radiale complexe

Q9ntreruptor pricipal, BDbobina declanatorului, TCtransformator de curent, F1releu maximal de curent, K1Treleu de temporizare, K2releu intermediar,

Llinia electric defect.

Principalul dezavantaj al acestei protecii const n faptul c scurtcircuitele apropiate de surs sunt nlturate cu ntrzieri mari ceea ce poate fi periculos pentru generatoarele sincrone.

5.4.3. Protecia maximal de curent direcional a liniilor electrice

cu alimentare bilateral

n cazul reelelor cu alimentare bilateral ca cea reprezentat n figura 5.25. alimentarea se face att de captul A ct i de la captul E, iar consumatorii pleac de la sistemele de bare A, B, C, D i E.

Prin reglarea releelor de timp n ipoteza unei temporizri n trepte cu valorile nscrise n figura 5.26. pentru alimentarea dinspre stnga respectiv dinspre dreapta, nu se poate asigura o temporizare selectiv. Dac scurtcircuitul s-ar produce n punctul desenat n figur toate proteciile fiind parcurse de curentul de scurtcircuit, defectul va fi izolat de proteciile cu timpii cei mai scuri de acionare prin declanarea ntreruptoarelor Q2 i Q7 neasigurnd selectivitatea proteciei. De altfel oriunde ar apare un scurtcircuit vor declana n mod invariabil aceleai ntreruptoare Q2 i Q7 neasigurndu-se o funcionare selectiv a proteciei.

Figura 5.25. Reea electric complex cu alimentare bilateral

Ggenerator electric, Q1...Q8ntreruptoare, A, B, C, Dnoduri de ramificare a reelei.

Pentru a realiza selectivitatea este necesar s introducem un nou criteriu (n afara celui a curentului mrit) i anume sensul n care circul puterea (curentul) spre locul de defect. Este necesar ca fiecrei protecii maximale s i se adauge un releu direcional care sesizeaz sensul de circulaie al puterii i acioneaz numai dac transferul de putere are loc conform sgeilor din figura 5.25., excitnd releul de timp corespuztor.

Figura 5.26. Schema electric desfurat monofilar a proteciei maximale

de curent direcionale a unei reele cu alimentare bilateral

Q5ntreruptor pricipal, BDbobina declanatorului, TCtransformator de curent, F1releu maximal de curent, F2releu direcional, K1Treleu de temporizare,

K2releu intermediar, Llinia electric defect.

Schema electric principial monofilar, a proteciei maximale direcionale este prezentat n figura 5.26. Dup cum se observ, pentru ca releul de timp K1T s fie excitat i s comande dup trecerea timpului reglat declanarea ntreruptorului Q5, este necesar ca att curentul s depeasc valoare reglat i deci releul maximal F1 s-i nchid contactul, ct i ca sensul de circulaie a puterii de scurtcircuit s fie de la bare spre linie i deci releul direcional F2 s-i nchid contactele.

Ca relee direcionale se folosesc releele de inductie cu rotor cilindric, avnd nfurarea de curent nseriat cu cea a releului maximal i nfurarea de tensiune legat printr-un transformator de tensiune la bare. n cazul n care scurtcircuitul se produce pe portiunea CD conform figurii 5.25, releele direcionale ale ntreruptorului Q7 i Q4 nu acioneaz i ca urmare vor declana ntreruptoarele Q5 i Q6 dup 0,7 s i dup 1,3 s, asigurnd declanarea selectiv a poriunii defecte din reea.

5.4.4. Protecia de distan a reelelor electrice complexe

Proteciile de distan reprezint la ora actual cea mai rspndit protecie pentru liniile electrice i alte echipamente energetice.

Principiul de baz al proteciilor de distan este fundamentat pe compararea intensitii curentului i a tensiunii de la locul de montaj al proteciei de distan vzute de releu.

Din compararea celor dou mrimi se poate stabili dac impedana pn la locul de defect este mai mare sau mai mic dect valoarea impedanei reglate. Un exemplu tipic pentru o astfel de balan electric se prezint n figura 5.27..

Figura 5.27. Schema unui releu de impedan de tip balan electromagnetic

TTtransformator de tensiune, TCtransformator de curent, Llinia electric protejat,1releu electromagnetic de curent, 2releu electromagnetic de tensiune, 3prghie, 4contacte,

Tensiunea i curentul care alimenteaz balana, preluate din secundarele transformatoarelor de tensiune (TT) i respectiv de curent (TC), alimenteaz dou relee electromagnetice fixate fiecare la captul prghiei 3, care se rotete n jurul unui ax. Asupra prghiei acioneaz diferena cuplurilor dezvoltate de cei doi electromagnei.

Aceast protecie se bazeaz pe msurarea distanei dintre locul de montare al protectiei i locul defect, comandnd deconectarea ntreruptorului cu un timp cu att mai mic cu ct defectul se afl mai aproape de locul de montare al proteciei. Aceast distan se masoar prin determinarea impedanei dintre locul de montare al proteciei i locul defect cu ajutorul releelor de impedan.

Relee de impedan pot fi n execuie electromecanic (tip balan electromagnetic), de inducie, de tip balan electric, n execuie static sau i mai nou n execuie digital.

Pentru a evidenia principiul de msurare al impedanei, vom considera cazul cel mai simplu al unui releu de impedan de tip balan electromagnetic.

Figura 5.28. Reea electric complex cu alimentare bilateral protejat cu o

protecie de distan. Diagrama temporal de protecie.

Ggenerator electric, Q1...Q6ntreruptoare, A, B, C, Dnoduri de ramificare a reelei, L1, L2, L3linii electrice

Cum impedana liniei este proporional cu lungimea ei, raportul dintre momentele releelor de curent i respectiv de tensiune este o msur a distanei de la locul de instalare al releului pn la locul defect.

n figura 5.28. este prezentat o reea cu alimentare bilateral, prevzut cu o protecie de distan i caracteristica de temporizare, adic dependena ntre timpul de acionare al proteciei n funcie de distana pn la locul defect. Temporizrile proteciei rmn constante n limitata anumitor distane numite zone.

n figura 5.28. sunt prezentate zona I, II i III.

Figura 5.29. Schema electric desfurat monofilar a proteciei de distan

a unei reele complexe cu alimentare bilateral

Q1ntreruptor pricipal, BDbobina declanatorului, TCtransformator de curent, TTtransformator de tensiune, F1releu maximal de curent, F2 releu direcional, F3, F4relee de impedan, K1Treleu de temporizare, K2releu intermediar,

Llinia electric protejat.

n figura 5,29, este prezentat schema electric monofilar a proteciei de distan cu trei trepte de timp.

Privind din punctul de vedere al ntreruptorului Q1 la un scurtcircuit n zona I, acioneaz releele F1, F2, F3, F4 i semnalul se transmite practic instantaneu la releul K2 care comand declanarea ntreruptoruluiQ1 n "treapta I " (0,1 s). Releul de timp K1T dei a fost excitat nu ajunge s-i nchid contactele. La un scurtcircuit n zona II acioneaz releele F1, F2, F4 i K1T 5 i dup trecerea timpului reglat (0,7 s) prin nchiderea contactului superior al releului K1T se excit releul intermediar K2 care acioneaz ntreruptorul Q1 n treapta a II-a de timp.

La un scurtcircuit n zona III acioneaz releele F1, F2 i K1T i cnd releul de timp i nchide contactul inferior (1,3 s) prin releul intermediar K2 se comand declanarea ntreruptorului Q1.

La fel se pot judeca lucrurile din punctul de vedere al oricruo ntreruptor i se obin diagramele temporale din figura 5.28.

n mod analog se analizeaz funcionarea schemei electrice a proteciei n cazul alimentrii dinspre dreapta.

Treptele de timp II i III sunt doar trepte de rezerv care asigur declanarea temporizat n cazul unui refuz de funcionare al unei protecii din treapta I. De aici rezult marele avantaj al proteciei de distan, acela de a declana selectiv i practic instantaneu poriunea de linie afectat de defect.

5.5. AUTOMATIZAREA SISTEMULUI ENERGETIC

Automatizrile cu care este dotat sistemul energetic au rolul de a mpiedica sau limita avariile din sistem. Dei au aceeai destinaie ca i schemele de protecie, dac acestea reacioneaz numai la avarii cu caracter local, automatizrile permit att sesizarea ct i acionarea la incidente cu caracter mai general.

Din aceast categorie de scheme de automatizri cele mai importante sunt: reanclanarea automat rapid (R.A. R.); anclanarea automat a rezervei (A.A.R.); descrcarea automat a sarcinii la scderea frecvenei (D.A.S.F.); descrcarea automat a sarcinii la scderea tensiunii (D.A.S.U.).

5.5.1. Reanclanarea Automazt Rapid (RAR)

Un dispozitiv R.A.R. const dintr-o instalaie complex care realizeaz reanclanarea automat a unui ntreruptor declanat de protecia prin relee, dup un timp de la aceast declanare, timp ce nu trebuie s depeasc cu mult intervalul necesar pentru stingerea arcului la locul defect.

Exist o multitudine de scheme R.A.R. cu unul, dou sau trei cicluri de reanclanare. Elementele principale ale unui dispozitiv R.A.R. n construcie electromecanic sunt: un releu de timp (cu mecanism de ceasornic), un releu intermediar cu doua bobine (una de acionare, i una de reinere), releul de comand a reanclanri, etc.

Dac defectul ce a determinat declanarea ntreruptorului a fost trector (de exemplu o lovitur de tresnet n apropierea liniei de nalt tensiune), ntreruptorul rmne acionat i prin acest ciclu R.A.R. se elimin declanarea de durat a unor linii electrice.

Dac defectul persist, protecia comand a doua declanare a ntreruptorului, de aceast dat definitiv (realizndu-se un singur ciclu R.A.R.) pentru sistemele dublu R.A.R., dup o prim declanare automat comandat de protecii, sistemul permite o nou reanclanare automat.

5.5.2. Anclanarea automat a Rezervei (AAR)

Schemele de alimentare ale consumatorilor importani trebuie astfel concepute nct, n timpul unei avarii pe linia de alimentare sau la sursa de alimentare normal, s existe posibilitatea unei alimetari de rezerv.

Schema de principiu a unei instalatii A.A.R. ce alimenteaz barele staiei C prin linia principal L1, din staia A i linia de rezerv L2 din staia B, este prezentat n figura 5.30. n funcionarea normal alimentarea staiei C se face prin linia L1 ntreruptorul Q1 fiind nchis i deci releul intermediar cu temporizare K1T este acionat, datorit contactelor 14-16, 18-20 ale ntreruptorului Q2 avnd deci cele dou contacte nchise. Dac tensiunea de la staia C este bun, atunci releele minimale de tensiune F1 i F2, alimentate de la barele staiei C printr-un transformator de tensiune (nereprezentat n schem) sunt acionate i au contactele deschise. Dac pe linia de rezerv L2 avem tensiune, releul maximal de tensiune F3 (alimentat prin TT) este acionat i contactul su este nchis.

Dac printr-un motiv oarecare se declaneaz ntreruptorul Q2, atunci contactele sale auxiliare 14-16 i 18-20 se deschid i, contactul 11-13 se nchide. Astfel releul K1T rmne fr alimentare, dar prin contactul 11-13 al ntreruptorului Q2 contactul inserior cu temporizare la deschidere al releuluzi K1 i contactul nchis 11-13 al ntreruptorului Q4 se alimenteaz bobina de anclanare BA a ntreruptorului Q4 ceea ce conduce la alimentarea staiei prin linia de rezerv L.

Figura 5.30. Schema electric monofilar de principiu a

Anclanrii automate e rezervei (A.A.R.)

Q1...Q4ntreruptoare, BDbobina declanatorului, TTtransformator de tensiune, F1, F2, F3relee minimale de tensiune, K1Treleu de timp cu temporizare la revenire, K2Treleu de timp cu temporizare la acionare, K3releu intermediar.

Anclanarea automat a rezervei are loc i n cazurile n care alimentarea de baz dispare, ca urmare a declanrii ntreruptor Q1 a liniei L1 sau dac tensiunea la berale staiei C scade sub o valoares admisibil. La dispariia sau scderea tensiunii la barele staiei C, releele minimale de tensiune F1 i F2 i nchid contactele i provoac prin contactul superior nchis al releului K1T i contactul nchis al releului F3 alimentarea releului de timp K2T, care dup timpul reglat comand prin releul intermediar K3 alimentarea bobinei de declanare BD a ntreruptorului Q2. Declanarea ntreruptorului Q2 determin n modul descris anterior anclanarea automat a ntreruptorului Q4 i deci alimentarea staiei C de la linia de rezerv.

5.5.3. Descrcarea Automat a Sarcinii la scderea Frecvenei (DASF)

n funcionarea normal asistemului energetic puterea produs n sistem este egalcu puterea consumat iar frecvena tensiunii este constant. Orice dezechilibru ce apare ntre puterea produs i cea consumat determin modificarea turaiei generatoarelor sincrone i deci a frecvenei de funcionare a sistemului. Producerea brusc a unui deficit de putere sunt sesizate de scderea frecvenei i pot fi nlturate prin deconectarea unor consumatori.

Dup o injectare suplimentar de putere n sistem, o dat cu revenirea frecvenei sistemul de automatizare trebuie s permit reanclanarea automat a consumatorilor anterior declanai. Elementul caracteristic al schemei electrice de automatizare este releul de frecven reglat la o freven de revenire mai mic dect cea nominal. La creterea consumului de putere din sistem, frecvena scade i cnd aceasta devine mai mic dect frecvena de reglaj a releului de frecven acesta comand declanarea unor consumatori n ordinea invers a importanei lor. Ca urmare a deconectrii acestor consumatori frecvena n sistem i revine dar ct timp este mai mic dect o nou valoare de reglaj consumatorii rmn deconectai. Injectarea suplimentar de putere n reea, comandat de dispecer, comand reanclanarea consumatorilor anterior declanai. Astfel sistemul D.A.S.F. asigur stabilitatea sistemului energetic.

5.5.4. Descrcarea Automat a Sarcinii la scderea Tensiunii (DASU)

Spre deosebire de scderea frecvenei care constituie un criteriu sigur al deficitului de putere activ din sistem, scderea tensiunii din reea poate fi provocat i de defecte cu caracter local (scurtcircuite) care se elimin prin acionarea temporizat a proteciilor i nu necesitp sacrificii de consumatori. Posibilitatea interpretrii greite a scderii tensiunii i efectuarea din acest motiv a unor sacrificii de consumatori care nu sunt necesare, constituie principala dificultate n realizarea descrcrii automate a sarcinii la scderea tensiunii. Schema D.A.S.U. cuprinde trei relee minimale de tensiune i un releu special capabil s sesizeze existena componentelor de tensiune invers n reea.

n funcionarea normal, tensiunea aplicat releelor minimale de tensiune este mai mare dect o valoare reglat.

La scderea tensiunii din reea sub valoarea de reglaj, ca urmare a creterii consumului de putere activ n reea, releele minimale de tensiune comanda declanarea consumatorilor n ordinea invers a importanei lor. Comanda de reanclanare a consumatorilor se d numai dupa o injecie suplimentar de putere n reea.

n cazul unui scurtcircuit pe una din liniile din sistem, defect ce va fi eliminat selectiv de protecia aferent, in reea apare o scdere a tensiunii ce poate conduce la o declanare nedorit a unor consumatori. De aceea schema de automatizare este prevzut cu un releu capabil s sesizeze existena componentelor de tensiune invers din reea, ce nsoesc scurtcircuitele. Dac dup o temporizare, tensiunea din sistem i-a revenit la valoarea normal (peste valoarea de reglaj a releelor minimale de tensiune) acestea opresc deconectarea consumatorilor. Dac tensiunea din re1ea nu i-a revenit la o valoare mai mare decat cea de reglaj a releelor minimale de tensiune, fapt care denot un deficit de putere n reea, acestea comand declanarea unor consumatori pn la revenirea tensiunii n reea la valoarea nominal.

5.6. PROTECII NUMERICE A REELELOR ELECTRICE

Noiunea de protecie numeric (digital) se aplic acelor protecii la care prelucrarea informaiei analogice se face numeric. Principial, un lan tipic de prelucrare numeric este prezentat n figura 5.31. i se compune din: filtrul analogic trece jos (FTJ), circuitele de eantionare i memorare (S&H), convertorul analog-numeric (CAN) i procesorul de date numerice (DSP).

Figura 5.31. Schema bloc a unui sistem digital de procesare

a semnalului.

FTJfiltrul analogic trece jos, S&Hcircuite de eantionare i memorare,

CANconvertor analog-numeric, DSPprocesorul numeric de date.

Tensiunile i curenii din secundarele transformatoarelor TT i TC sunt adaptate prin intermediul unor circuite analogice de intrare la valorile acceptate de circuitele electronice i se aplic filtrului analogic FTJ, cu rol de filtru antialiasing. Mrimea filtrat se aplic CAN prin intermediul circuitelor de eantionare i memorare.

Convertorul realizeaz conversia semnalului analogic ntr-un cod numeric. Din acest moment prelucrarea datelor, n conformitate cu algoritmii de protecie i automatizare specifici, se execut asupra unor semnale numerice (coduri numerice) similar operaiilor din calculatoarele electronice.

5.6.1. Funciile proteciilor numerice a reelor

Realizarea echipamentelor de protecie n tehnologie digital permite integrarea n cadrul unui echipament a mai multor funcii de protecie, automatizare i msur. n acest fel releul de protecie devine, n fapt, un terminal de protecie. Un astfel de terminal de protecie include funcii multiple de protecie, automatizare, msur i de comunicaie n cadrul unui sistem integrat de supraveghere-control al staiei de transformare. Productorii echipamentelor de protecie pentru linii electrice, includ diverse funcii n cadrul terminalului, pe lng funcia de baz de protecie de distan. n continuare se vor prezenta cteva exemple de funcii implementate n cadrul unui terminal numeric de protecie.

Practic, aceste funcii se regsesc la toate terminalele de protecie de linie produse i de ali fabricani de echipamente numerice de protecie.

5.6.1.1. Funcia protecie de distan

n mod normal treapta 1 a proteciei de distan este reglat la cca. 85% din impedana liniei i, ca urmare, defecte apropiate de captul opus locului de montaj al proteciei de distan vor fi ncadrate n treapta a doua i, deci, eliminate temporizat (de regula 0,4 - 0,5 s). Pentru a elimina rapid defectele pe ntreaga lungime a liniei se utilizeaz funcia de teleprotecie. Terminalul permite alegerea mai multor scheme tip de teleprotecie, ntre care i aa numita schem permisiv de teleprotecie. Funcia de teleprotecie este corelat cu funcionarea echipamentului de nalt frecven (I.F.).

Echipamentul de I.F. asigur transmiterea unui impuls (materializat prin nchiderea unui contact de releu) de la i spre captul opus al liniei. Acest impuls se utilizeaz n schema permisiv de teleprotecie.

Figura 5.32. Principiul schemei permisive de teleprotecie

Figura 5.32. Principiul schemei permisive de teleprotecie

Funcionarea schemei se poate urmri n figura 5.32., unde se exemplific prin LEA 400 kV Sibiu - Mintia. Fie un defect situat in apropierea staiei Mintia. Protecia de distan din Mintia va ncadra defectul n treapta 1 (zona ZM1-reglaj Z1) i va emite un impuls prin intermediul instalaiei de I.F. (IMP-ZM1). Protecia de distan din staia Sibiu Sud va ncadra defectul n treapta 2 (zona ZM2-reglaj Z2) i, ca urmare, tinde s declaneze temporizat n treapta a doua. Dar, la recepia semnalului din Mintia (care se aplic intrrii logice IMP-CR) i cu verificarea ncadrrii n zona ZM2, va comanda declanarea rapid a ntreruptorului. Astfel, defectul este eliminat rapid, indiferent unde este situat pe linie.

5.6.1.2. Funcia de supraveghere a circuitelor de msur de tensiune

Lipsa tensiunii alternative de msur poate conduce la acionarea incorect a proteciei de distan. Pentru prevenirea acionrii, terminalul de protecie

REL-521 are inclus aceast funcie, adesea denumit i funcie de blocaj la dispariia tensiunii alternative.Activarea funciei conduce la blocarea funciilor de protecie care utilizeaz tensiuni alternative i anume: funcia de protecie de distan, funcia de protecie maximal de tensiune i funcia de semnalizare pierdere tensiune. Funcia acioneaz n logica SAU n dou situaii:

declanarea USOL de protecie a circuitelor de msur tensiune alternativ;

la sesizarea unei valori semnificative a tensiunii homopolare i fr curent homopolar;

Activarea funciei conduce la blocarea instantanee a proteciilor care utilizeaz msura tensiunii.

5.6.1.3. Funcia de accelerare a proteciei la conectarea pe defect

Funcia de accelerare a proteciei la conectarea pe defect (in englez, Switch-OnTo-Fault - SOTF) este destinat declanrii rapide a defectelor, de pe ntreaga lungime a liniei, la punerea sub tensiune a liniei. Este o funcie de protecie nedirecionat, zona proteciei de distan care produce declanarea putnd fi selectat.

Funcia se activeaz fie extern prin intermediul unui contact al releului de copiere a comenzii manuale de conectarea ntreruptorului, fie intern. Dup activare, zona aleas (de exemplu, zona 4 - ZM4) poate emite instantaneu impuls de declanare. Funcia de accelerare este meninut pentru un interval de timp t=1s dup ndeplinirea condiiei de activare.

Activarea intern a funciei se bazeaz pe controlul tensiunilor i curenilor de faz. Condiia de activare intern este obinut ntr-o schem logic SI din urmtoarele condiii:

cel puin o tensiune de faz este sczut;

curentul corespunztor de faz este sub pragul de 10%;

zona selectat (de exemplu ZM4) NU sesizeaz un defect;

Dac toate condiiile de mai sus sunt ndeplinite un interval de timp de cel puin 200ms, atunci se activeaz condiia intern.

5.6.1.4. Funcia de protecie maximal de curent instantanee

Funcia de protecie maximal de curent, nedirecionat, instantanee asigur eliminarea rapid (t < 15 ms) a scurtcircuitelor nsoite de valori mari ale intensitii curenilor.

Funcia este realizat n logica SAU pentru fiecare curent de faz. Astfel, la depirea valorii reglate a curentului pe una sau mai multe faze se comand declanarea instantanee a ntreruptorului. Funcia poate fi utilizat n acele cazuri n care se poate stabili un reglaj corespunztor, astfel nct acionarea s se produc numai la defect n zona protejat, avnd n vedere c protecia maximal este nedirecionat i netemporizat5.6.1.5. Funcia de protecie homopolar de curent direcionat

n cazul defectelor monofazate valoarea rezistenei de defect variaz n limite largi n funcie de condiiile din reea, de distan pn la locul de defect i de valoarea rezistenei de trecere la locul de defect. Pot exista cazuri n care valoarea rezistenei de defect msurat de protecia de distan este mai mare dect rezistena care poate fi acoperit de caracteristica de acionare a proteciei de distan. Pentru eliminarea unor astfel de defecte cu rezisten mare de defect se utilizeaz protecia maximal de curent homopolar direcionat.

Defectele cu pmntul pot fi sesizate prin msurarea curentului homopolar. Direcionarea proteciei se obine prin utilizarea tensiunii homopolare aplicate releului de la filtrul exterior de tensiune homopolar. Defectul este considerat n fa, dac este ndeplinit condiia:

(5.2.)

unde:

3I0 = curentul de nul (I0 este curentul homopolar);

( = unghiul de defazaj ntre 3I0 si -3U0 (U0 este tensiunea homopolar);

3I0D = valoarea de acionare reglat.

Acionarea la declanare a proteciei homopolare direcionate este, de regul, temporizat, avnd n vedere reglajul redus al curentului de acionare (valori tipice de 0,1 - 0,3In).

5.6.1.6. Funcia de locator de defecte

Funcia de locator de defecte inclus terminalului de protecie de linie REL-521 asigur msurarea i indicarea cu precizie ridicat e < 3%) a distanei pn la locul de defect.

Algoritmul utilizat elimin influena curentului de sarcin, a supraalimentrii de la captul opus i micoreaz influena rezistenei de trecere la locul de defect. Distana pn la locul de defect poate fi indicat n procente din lungimea liniei sau n km.

Principial, algoritmul locatorului de defecte se bazeaz pe valorile tensiunilor i intensitii curenilor msurate la locul de montaj al terminalului. Pornind de la schema de principiu a unei linii electrice cu surse la ambele capete, prezentat n figura 5.33, se pot deduce urmtoarele ecuaii, n baza schemei electrice echivalente din figura 5.34.:

Figura 5.34. Schema electric echivalent a liniei electrice cu dubl alimentare

(5.3.)

unde:

(5.4.)

este impedana msurat.

Distribuia curenilor pe cele dou ramuri (spre sursa J, respectiv sursa K) se deduce utiliznd ecuaiile:

(5.5.)

Iar raportul IK/IJ devine:

(5.6.)

Introducnd rezultatul din relaia 5.5. n relaia 5.3. se obine:

(5.7.)

Ecuaia 5.7. este, de fapt, o ecuaie de gradul doi n m, care se poate rescrie n modul urmtor:

(5.8.)

Examinnd relaiile de mai sus, se pot desprinde cteva observaii:

a) n relaia (5.7.) factorul de multiplicare al rezistenei Rf este un numr complex i, ca urmare, rezistena vzutde releu este, de fapt, o impedan, chiar dac rezistena la locul de defect este pur ohmic;

b) aceast impedan aparent msurat de releu reprezint principalul factor de eroare n estimarea distanei pn la locul de defect, n special pentru algoritmii care se bazeaz pe estimarea reactanei sau impedanei de defect;

c) ecuaia (3.5) se poate descompune n dou componente, cea coninnd termeni reali i cea coninnd termenii imaginari.

Separnd ecuaia (3.6) n cele dou componente se obine succesiv:

(5.9.)

Unde:

(5.10)

(5.11.)

Eliminnd acum Rf din sistemul de ecuaii (5.9.), se obine:

(5.12.)

cu dou soluii din care numai una corect:

(5.13.)

unde s-au notat:

(5.14.)

n acest fel se poate determina distana pn la locul de defect cu o precizie global de 3 %.

5.6.1.7. Funcia de nregistrator secvenial de evenimente

Funcia este utilizat pentru o analiz obiectiv a evenimentelor. n cadrul funciei de raportare evenimente sunt cuprinse:

funcia de informare general asupra evenimentelor;

indicaiile oferite de afiajul local;

nregistratorul de evenimente;

indicaia locatorului de defecte;

valorile msurate ale tensiunilor i curenilor nainte de defect i pe durata defectului;

funcia osciloperturbograf local.

Raportul de evenimente permite memorarea a pn la 10 evenimente n memorii nevolatile. n acest fel, informaia memorat nu se pierde chiar la dispariia tensiunii continue de alimentare. Raportul de evenimente are alocat o zon de memorie limitat la maxim 10s de nregistrare pentru 10 mrimi analogice i 48 semnale binare (de tip contact)5.6.1.8. Funcia RAR

Funcia RAR este inclus terminalului i poate asigura regimurile: RAR-M, RAR-M+T sau RAR-T cu pn la patru cicluri. Pentru liniile de nalt tensiune se utilizeaz RAR cu un singur ciclu i, de regul, numai regimul RAR-M. Modul n care terminalul de protecie REL-521 rezolv logica RAR se poate urmri n figura 5.35.

Astfel, n cazul unui defect monofazat persistent,dup momentul t0 al apariiei defectului, protecia comand declanarea la momentul t1. Acest moment marcheaz i nceperea pauzei de RAR monofazat reglate. Intervalul t1-t2 reprezint timpul de deschidere al ntreruptorului I, iar momentul t3 marcheaz stingerea arcului n camera de stingere a ntreruptorului i deschiderea contactelor. Din acest moment ncepe pauza de RAR necesar deionizrii mediului la locul de defect.

Figura 5.35. Schema logic pentru funcia de R.A.R.

Protecia revine la momentul t4. La expirarea pauzei RAR-M reglate, n momentul t5 funcia RAR emite impuls de reanclanare care este executat de ntreruptor la momentul t6. Din momentul t5 ncepe pauza de blocaj RAR (de regul 10s) care ncheie ciclul de RAR

Reanclanarea se produce pe defectul persistent, astfel nct la t7 protecia emite un nou impuls de declanare care este executat de ntreruptor la momentul t8, protecia revenind la t9. Prin t10 s-a marcat momentul revenirii din pauza de blocaj a funciei RAR. Dup expirarea pauzei de blocaj, funcia RAR este gata pentru un nou defect. Durata pauzei de RAR, durata impulsului de reanclanare i durata pauzei de blocaj RAR se pot regla independent i ntr-o gam larg de valori.5.6.1.9. Funcia de protecie maximal de tensiune

Protecia maximal de tensiune asigur declanarea ntreruptorului n cazul funcionrii sistemului energetic cu nivele ridicate de tensiune. Funcia supravegheaz toate tensiunile de faz i, dac cel puin una dintre acestea este mai mare dect pragul reglat, cu o temporizare reglat, se emite impuls de declanare.

5.6.1.10. Funcii de supraveghere sistem

Terminalul de protecie REL-521 are incluse i funcii de supraveghere sistem. Din aceast categorie fac parte urmtoarele funcii:

supraveghere suprasarcin de curent;

conductor rupt;

monitorizare tensiuni.

Funcia de supraveghere a suprasarcinii de curent

Funcia de supraveghere a suprasarcinii de curent este destinat pentru a semnaliza depirea valorii normale a circulaiei de curent. Principial, este o funcie de protecie maximal de curent temporizat. Dac curentul de pe cel puin o faz depete pragul reglat (de regul, pragul reglat coincide cu curentul nominal primar al transformatoarelor de curent), cu o temporizare reglabil, se emite un semnal de alarm.

Funcia de semnalizare a ruperii unui conductor

Principial, aceast funcie de protecie este o protecie maximal de curent de secven invers, temporizat. n acest fel, se semnalizeaz practic orice asimetrie a curenilor din cele trei faze.

Funcia de monitorizare a tensiunilor

Cele trei tensiuni de faz sunt supravegheate permanent, iar n cazul lipsei tuturor tensiunilor pentru un interval de timp mai mare de 7s (temporizare fix, nereglabil) se emite un semnal de alarm.

5.6.1.11. Funcia de interfaare cu operato