7_Protectia Generatoarelor Intermitente

8/16/2019 7_Protectia Generatoarelor Intermitente

1/8

1

Protecţia generatoarelor intermitente

Introducere

Cea mai mare parte a sistemelor de protecţie a reţelelor de distribuţie monitorizează transferul de putere de la sistemul de alimentare către reţeaua locală de distribuţie de joasă tensiune. Această modalitate de abordare simplifică problemele generate de controlultensiunilor şi al sarcinilor, asigurându-se astfel calitatea energiei furnizate. Protecţia esteasigurată în mod normal prin intermediul unor relee de suprasarcină, reglate astfel încât să separe releele care funcţionează în amonte (spre sursă) de releele care funcţionează în aval (pepartea de sarcină), Fig. 1.

Fig. 1 Relee de supracurent utilizate într-o re ţ ea de distribu ţ ie radială

Un defect pe o ramură a reţelei de distribuţie trebuie să fie neutralizat (izolat) de cătrereleul aflat cel mai aproape de capătul ramurii (sau cel mai apropiat de sarcină). Nu trebuie să declanşeze alte relee, cu excepţia celui care este direct afectat de defect. În caz contrar, releelecare protejează ramurile vecine celei aflate în defect ar putea interveni pentru înlăturareadefectului, dar ar rezulta că zona de reţea deconectată şi neafectată de defect ar fi mult maimare (ar rezulta un black-out pe o zonă întinsă a reţelei).

Dacă generatorul furnizează reţelei de distribuţie energie într-o manieră intermitentă,

curentul de defect „văzut” de către releu poate să fie mai mare sau mai mic, în funcţie de loculunde se află releul sau defectul, ca şi în funcţie de tipul generatorului (Fig. 2). Pentru a seasigura o coordonare corespunzătoare între funcţionarea tuturor releelor, trebuie să se ţină cont de valorile maxime şi minime ale curenţilor prevăzute pentru fiecare generator şi pentrufiecare punct de racordare la reţeaua locală. Aceasta ar putea genera dificultăţi la calibrareareleelor, tocmai datorită caracterului intermitent al conectării acestor generatoare la reţeaua dedistribuţie. Principala problemă a protecţiei sistemelor ce vehiculează energie de lageneratoare intermitente nu vine de la generatorul în sine, ci de lalegătura dintre acesta şireţea. Dispozitivele de protecţie trebuie să intervină eficace pentru a proteja această legătură dintre generator şi reţea, pentru toate situaţiile posibile de funcţionare. Trebuie deci cunoscută topologia reţelei şi analizate toate scenariile posibile ce ar putea apare în exploatare.

110 kV

12 kV

380 V

380 V

380 V

51, 51N

51, 51N51, 51N


2/8

2

Fig. 2 Relee de supracurent utilizate într-o re ţ ea de distribu ţ ie radială la care sunt conectate generatoare intermitente

Cea mai mare parte a reţelelor de distribuţie de medie tensiune funcţionează în „ineldeschis” şi sunt protejate la suprasarcini (supracurenţi) şi la defecte de punere la pământ, prinintermediul unor relee. Pentru reducerea costurilor, uneori, generatoarele mici sau instalaţiileindustriale de cogenerare de mică putere sunt conectate direct la o ramură a reţelei, f ără a seutiliza un întreruptor la punctul de contact (Fig. 3). În general, pe o ramură pot exista maimulte puncte de contact. În unele cazuri pot fi impuse limitări asupra numărului de conexiunidirecte (f ără utilizarea unor întreruptoare).

Fig. 3 Re ţ ea în inel deschis cu generatoare intermitente de JT (Joasă Tensiune) şi de MT (Medie Tensiune) conectate direct

110 kV

12 kV

380 V51, 51N

51, 51N

GG

Sarcini

ÎT

MT

G

JT, < 500 kVA

JT

G

JT, < 500 kVA

JT

Sarcini

G

MT, < 5 MVA

Sarcini

JT

G

MT, < 5 MVA

Punct de deschiderea inelului


3/8

3

Deseori este dificil să se realizeze protecţia la suprasarcină (supracurent) cu releemaximale, mai ales în cazul unor reţele ce au o configuraţie complexă, compuse din multeramuri conectate direct cu generatoarele sistemului; durata de acţionare şi deci de neutralizare(izolare) a defectului ar putea fi excesiv de mare. În aceste cazuri, generatoarele trebuieconectate la reţea prin intermediul unui întreruptor care să aibă protecţia la curent reglată corespunzător transferului de putere previzionat. Generatoarele intermitente de mare şi medie

putere trebuie să fie conectate întotdeauna la reţeaua de medie tensiune (12 kV sau mai mare)prin intermediul unei staţii electrice prevăzută cu protecţiile corespunzătoare.Sistemul electric al unui complex industrial sau comercial poate conţine unul sau mai

multe generatoare care să asigure alimentarea în totalitate sau parţială a sarcinii. Acestegeneratoare pot fi utilizate şi pentru alimentarea de siguranţă, asigurând energia necesară încazul unui defect în sectorul de reţea ce alimentează complexul. În primul caz avem de-a facecu un ansamblu de generatoare intermitente care funcţionează în paralel cu reţeaua. În aldoilea caz avem de-a face cu un sistem complet izolat (insular) care trebuie să alimentezecomplexul industrial sau comercial.

Scheme de protecţie a generatoarelor izolate

1. Generator singular al unei reţele izolateMulte instalaţii industriale sau comerciale utilizează un singur generator izolat pentru

asigurarea alimentării în caz de defect al reţelei. Aceste generatoare sunt în mod normaloprite, fiind prevăzute să lucreze într-o manieră intermitentă, pentru durate scurte.Generatorul este conectat la sarcină doar când celelalte alimentări sunt deconectate, ceea ce

înseamnă că nu este prevăzută funcţionarea generatorului în paralel cu reţeaua. Majoritateageneratoarelor sunt prevăzute cu un sistem automat de pornire la apariţia unei pene a reţelei,tot automat producându-se şi oprirea lor, la revenirea reţelei. Astfel de generatoare suntantrenate de un motor diesel sau o turbină cu gaz, puterea nominală a lor fiind de ordinul 50kVA – 5 MVA. Generatoarele de putere mică (până la 500 kVA) sunt, în general, de joasă tensiune (380 V), iar cele de puteri mai mari (500 kVA – 5 MVA) sunt de medie tensiune (6kV sau 12 kV).

Generatoarele de mică putere (50 kVA – 500 kVA) conectate la reţele izolate de joasă tensiune trebuie să fie protejate prin relee trifazate de supracurent, cu temporizare reglabilă (releul 51 în Fig. 4.a).

51V – releu trifazat de supracurent cu controlul tensiuniişi temporizare

51N – releu de supracurent cu temporizare pentruprotecţia împotriva punerilor la pământ

Fig. 4.a Protec ţ ia unui generator conectat la re ţ eaua de joasă tensiune, conectat în stea cu nulul la pământ

Dacă sunt disponibile şi semnale de tensiune (nivel constant), ele se utilizează pentrureleele cu temporizare (releul 51V din Fig. 4.a). Dacă generatorul este în conexiune stea cu

G

51N 51V

JT


4/8

4

nulul conectat eficient la pământ, releele de supracurent pot fi comandate de transformatoarede curent montate pe fiecare fază în vecinătatea nulului stelei. De asemenea, se poate montaun releu de supracurent ca protecţie împotriva scurtcircuitelor fază-pământ, declanşat decurentul nul-pământ, sesizat prin intermediul unui transformator de curent (releul 51N dinFig. 4.a). Pentru cazul când generatorul este conectat în stea, structura protec ţiilor esteprezentată în Fig. 4.a. În cazul în care generatorul este conectat în triunghi, protec ţia la

supracurent pe linii este prezentată în Fig. 4.b.

51V – releu trifazat de supracurent cu controlul tensiunii

şi temporizare

Fig. 4.b Protec ţ ia unui generator conectat la re ţ eaua de joasă tensiune, conectat în triunghi

Generatoarele sincrone (500 kVA – 5MVA) conectate la o reţea izolată f ără altegeneratoare, poate fi protejat prin relee de supracurent temporizate (51V) şi printr-un releu desupracurent pentru protecţia punerii fazelor la pământ (51N). Pot fi instalate şi releediferenţiale de curent şi relee de frecvenţă şi de tensiune. Structura protecţiilor este prezentată

în Fig. 5. Aceasta corespunde unui generator conectat în triunghi, pentru punerea la pământ areţelei izolate fiind utilizat transformatorul.

51V – releu trifazat de supracurent cucontrolul tensiunii şi temporizare

51N – releu de supracurent cutemporizare pentru protecţia împotriva punerilor la pământ

40 – protecţie împotriva pierderii excitaţiei87 – protecţie diferenţială pe faze81U/81O – protecţie la frecvenţă prea mare/prea mică 27/59 – protecţie la supra / sub tensiune

Fig. 5 Protec ţ ia unui generator sincron singular conectat la o re ţ eaizolat ă de medie tensiune (MT)

G

51V

JT

G

87

MTJT

Sarcini

51N

Transformator pentru

punere la pământ

51V

4081U81O

2759


5/8

5

2. Generator funcţionând în paralel cu alte generatoare într-o reţea izolată Sistemele industriale sau reţelele speciale (dar izolate) care impun alimentarea f ără

întrerupere, pot conţine mai multe generatoare proiectate să funcţioneze în paralel între ele,dar nu în paralel cu alimentarea principală. Puterea nominală a fiecărui generator depinde denecesarul de putere al sistemului, în principiu fiind cuprinsă între 500 kVA şi 5 MVA. Deobicei motorul de antrenare este unul diesel sau o turbină cu gaz, iar tensiunea nominală este

cuprinsă, de obicei, între 1 kV şi 20 kV.Un generator (cu puterea nominală în plaja 500 kVA – 5 MVA) conectat la un sistemizolat care conţine cel puţin încă un alt generator, de obicei este protejat cu un releu trifazat desupracurent cu controlul tensiunii şi temporizare (releu 51V), un alt releu de supracurent cutemporizare pentru protecţia împotriva punerilor la pământ (releu 51N), un al treilea releupentru sesizarea inversării sensului circulaţiei de putere (releu 32), un al patrulea releudiferenţial de curent (releu 87), un al cincilea releu care să sesizeze absenţa excitaţieigeneratorului sincron (releu 40) şi relee care să supravegheze frecvenţa şi nivelul tensiunii.Releul de protecţie împotriva pierderii excitaţiei nu există în cazul în care generatorul este detip asincron.

Schema tipică a unui astfel de sistem de protecţii este cea din Fig. 6. S-a considerat că

generatorul principal este conectat în stea.



32 – releu pentru sesizarea inversăriisensului circulaţiei de putere

40 – protecţie împotriva pierderii excitaţiei87 – protecţie diferenţială pe faze

81U/81O – protecţie la frecvenţă prea mare/prea mică 27/59 – protecţie la supra / sub tensiune

Fig. 6 Protec ţ ia unui generator sincron func ţ ionând în paralel cu altegeneratoare pe o re ţ ea izolat ă de medie tensiune (MT)

G

87

MT

51N

51V

3281U81O

2759

G

40


6/8

6

3. Generator intermitent ce funcţionează pe o reţea clasică Protecţia unui generator de mică putere (50 kVA – 500 kVA) care funcţionează în

paralel pe o reţea de joasă tensiune (< 1 kV) necesită releu de suprasarcină (supracurent) cutemporizare (releu 51V), releu de supracurent cu temporizare pentru protecţia împotrivapunerilor la pământ (releu 51N), releu pentru sesizarea inversării sensului circulaţiei de putere(releu 32), cât şi relee care să supravegheze frecvenţa şi nivelul tensiunii. Uneori se prevede şi

un releu pentru sesizarea pierderii conexiunii cu reţeaua de distribuţie.În cazul generatoarelor de putere mai mare (500 kVA – 5 MVA) conectate la reţelele demedie tensiune, trebuiesc prevăzute aceleaşi protecţii plus un întreruptor cu protecţiediferenţială de curent (87). Structura unui astfel de sistem de protecţii este cel din Fig. 7.



32 – releu pentru sesizarea inversăriisensului circulaţiei de putere

40 – protecţie împotriva pierderii excitaţiei87 – protecţie diferenţială pe faze81U/81O – protecţie la frecvenţă prea mare/prea mică 27/59 – protecţie la supra / sub tensiunePierderea reţelei – protecţie prevăzută în

unele state (Marea Britanie)

Fig. 7 Protec ţ ia unui generator intermitent conectat la o re ţ ea clasică de medie tensiune (MT)

În cazul generatoarelor de putere mai mare (5 MVA – 50 MVA) conectate de dataaceasta la reţele clasice de înaltă tensiune (ÎT), trebuie prevăzut un sistem de protecţii similarcelui descris mai sus şi în plus un întreruptor diferenţial de defect al nulului (releul 87N),precum şi un sistem de detectare a curentului invers (releul 46). Se prevede şi o protecţie ageneratorului sincron, atât pentru pierderea excitaţiei (releul 40), cât şi a rotorului (releu 64).Structura unei astfel de protecţii este cea din Fig. 8.

G

87

MT

51N

51V

3281U81O

2759

40

Linie de conexiuneAlimentarelocală

Pierdereareţelei


7/8

7

50 – releu trifazat de supracurent51V – releu trifazat de supracurent cu

controlul tensiunii şi temporizare51N – releu de supracurent cu temporizare

pentru protecţia împotriva punerilor lapământ

32 – releu pentru sesizarea inversării sensuluicirculaţiei de putere

40 – protecţie împotriva pierderii excitaţiei

87 – protecţie diferenţială pe faze81U/81O – protecţie la frecvenţă prea

mare/prea mică 27/59 – protecţie la supra / sub tensiune46 – detectarea regimului dezechilibrat59 – devierea nulului67N – detectarea localizării defectului64 – protecţia rotoruluiPierderea reţelei – protecţie prevăzută în

unele state (Marea Britanie)

Fig. 8 Protec ţ ia unui generator intermitent conectat la o re ţ ea clasică

de înalt ă tensiune (ÎT)

G

87

MT

51N

51V

32

81U81O

2759

40

46

64

87N

67N

59

Linie de conexiune

2759

81U81O

Pierdereareţelei

51

50

52

MTÎT

Alimentare înaltă tensiune

Alimentare consumatori

S a r c i n i 3 8 0 V

S a r c i n

ă 6

k V

S a r c i n ă 1 2

k V


8/8

8

4. Cerinţe impuse protecţiilorObligaţia statutară a unei companii de distribuţie de energie electrică este de a proteja

reţeaua şi alimentarea consumatorilor de supracurenţi şi de defecte de puneri la pământ.Aceasta implică o protecţie corespunzătoare între sursele de energie şi punctele de distribuţie.La modul general, protecţiile trebuie să ţină cont de sarcinile reţelei şi ansamblul curenţilor dedefect posibili pe durata funcţionării normale sau anormale a reţelei.

Un generator intermitent este o sursă de putere şi, în consecinţă, compania de distribuţietrebuie să se asigure că protecţia este realizată corespunzător la punctul de conectare ageneratorului la linia de transport, pentru a menţine funcţionalitatea reţelei şi satisfacereanevoilor consumatorilor.

În plus faţă de protecţiile generatorului, compania de distribuţie trebuie să se asigure că generatorul intermitent satisface următoarele condiţii:

- evitarea conectării generatorului la reţea în cazul în care nu se regăsesc pe toate fazeletensiunile nominale;

- generatorul este deconectat de la reţea dacă o funcţionare anormală determină ovariaţie excesivă a frecvenţei sau a tensiunii;

- generatorul este deconectat de la reţea dacă una sau mai multe faze sunt defecte la

punctul de conectare;- generatorul este deconectat de la reţea automat sau manual dacă un defect în

alimentarea sistemului de protecţii îl face inoperant.

Reglajele releelor depind de tipul şi mărimea instalaţiei generatorului şi decaracteristicile reţelei. Pentru satisfacerea condiţiilor enunţate mai sus, sistemul de protecţietrebuie să fie capabil să detecteze scăderile sau creşterile de frecvenţă şi pierderea legăturii culinia de distribuţie. În fapt, trebuie realizată protecţia conexiunii generator intermitent-reţea

împotriva supracurenţilor, a inversării sensului transferului de putere, a defectelor de punerela pământ a fazelor.

În cazul generatoarelor asincrone de mică putere (< 150 kVA) conectate la o reţea de joasă tensiune, minimul de protecţie constă în existenţa unui releu care să sesizeze supra sausub tensiunile pe fiecare fază şi un releu care să sesizeze depăşirea sau valoarea prea mică afrecvenţei. Reglajele acestor relee trebuie să asigure o protecţie eficientă a acestor tipuri degeneratoare. Nu sunt necesare alte protecţii, deoarece generatorul beneficiază de protecţiileexistente în reţea.

În cazul generatoarelor asincrone de putere mai mare (> 150 kVA), se prevăd protecţiilemenţionate mai sus, cu reglajele corespunzătoare şi se adaugă relee sensibile la dispariţiareţelei, la supracurenţi, la defecte de punere la pământ şi la inversarea sensului transferului deputere.

7_Protectia Generatoarelor Intermitente

Documents

Transcript of 7_Protectia Generatoarelor Intermitente