CAP

CAP. 8 CIRCUITE SECUNDARE IN INSTALATIILE ELECTROENERGETICE

8.1. Generalitati. Siguranta in functionare a instalatiilor energetice

Instalatiile electrice din sistemul electroenergetic se pot clasifica in doua grupe mari: echipamentul primar, prin care circula energia electrica de la generatoare la consumatori si este format din generatoare, transformatoare, intreruptoare, separatoare, linii electrice etc.; echipamentul secundar (sau circuite secundare) cu ajutorul carora se realizeaza comanda echipamentului primar si se controleaza functionarea acestuia in procesul exploatarii. Ele cuprind atat echipamentul cat si circuitele aferente acestuia, incurent continuu si alternativ.Din aceasta a doua grupa fac parte aparatele de protectie, automatizare, masura si control, comanda de la distanta, blocaj, semnalizare, protectie si control a circuitelor secundare, precum si conductoarele de legatura intre aparatele unui tablou, panou sau pupitru si intre aceste aparate si sirurile de cleme etc.La alegerea aparatajului pentru circuitele secundare trebuie sa se tina seama de doua categorii de conditii: caracteristici necesare dictate de schemele electrice in care se incadreaza aparatele respective; caracteristici legate de modul si locul de montare, de dimensiunile si aspectul general al instalatiilor.

Acest ansamblu de instalatii au un rol special in functionarea sistemului electric. Dotarea corespunzatoare cu aparate de protectie, automatizare si masura corespunzatoare a statiilor electrice si posturile de transformare in functie de specificul lor, cum si exploatarea corespunzatoare a instalatiilor de circuite secundare contribuie in mod substantial la imbunatatirea functionarii instalatiilor sistemului energetic.Una dintre principalele conditii care se impun instalatiilor electrice este aceea a sigurantei in fimctionare, adica a alimentarii continue cu energie electrica a consumatorilor. Asigurarea functionarii fara intrerupere a instalatiilor electrice are o importanta deosebita, atat datorita faptului ca urmarile perturbatiilor in functionare pot fi foarte grave, cat si faptului ca instalatiile electrice sunt mai expuse deranjamentelor decat alte genuri de instalatii. Gravitatea urmarilor provine, in primul rand, din faptul ca un defect aparat intr-un loc poate deranja functionarea normala a intregului sistem.Rolul principal al protectiei prin relee si al automatizarilor folosite in sistemul electroenergetic consta in limitarea efectelor avarilor aparute si in asigurarea alimentarii fara intrerupere cu energie electrica a consumatorilor. Acest lucru se realizeaza prin: separarea automata a instalatiilor defecte: se efectueaza prin comanda declansarii intreruptoarelor care leaga instalatia defecta la celelalte elemente ale sistemului electric; sesizarea regimurilor anormale (nepermise) de functionarea ale instalatiilor electrice si semnalizarea lor pentru a se preveni producerea unor avarii.Separarea automata a instalatiilor defecte de restul sistemului electric urmareste trei obiective: sa impiedice dezvoltarea defectului, respectiv extinderea efectelor acestuia, cu afectarea altor instalatii din sistemul electric si cu eventuala transformare a defectului intr-o avarie dc sistem; sa preintampine distrugerea instalatiei in care a aparut defectul, prin intreruperea rapida a tuturor posibilitatilor de alimentare a defectului; sa restabileasca un regim normal de functionare pentru restul sistemului electric, asigurand astfel, in conditii cat mai bune, continuitatea alimentarii consumatorilor cu energie electrica.Pentru indeplinirea acestor obiective, functionarea protectiei, care ocupa un loc central in cadrul elementelor si dispozitivelor de automatizare folosite in sistemele electric, este in prezent coordonata si combinata din ce in ce mai strans cu actiunea altor dispozitive de automatizare; acestea controleaza functionarea in ansamblu a sistemelor energetice si se numesc automatizari de sistem, respectiv automatizari pentru controlul si prevenirea avariilor de sistem. O asemenea combinare este necesara datorita faptului ca modificarea configuratiei unui sistem electric (rezultata prin actionarea protectiei prin relee pentru izolarea unui defect) sau variatia brusca a incarcarii sistemului determina oscilatii de putere in sistem, care ar putea conduce la avarii de sistem.Pentru a indeplini obiectivele cerute, instalatiile de protectie, indiferent de tipul sau principiul constructiv pe care se bazeaza, trebuie sa satisfaca urmatoarele conditii generate:Rapiditatea. Este necesara o actionare rapida, datorita pericolului pe care il prezinta intarzierea lichidarii scurtcircuitelor, cele mai frecvente defecte in sistemul electric. Scurtcircuitele pot provoca deteriorarea echipamentului, scaderea importanta a tensiunii si pierderea stabilitatii functionarii in paralel a generatoarelor electrice in sistem.Sensibilitatea. Protectia trebuie sa sesizeze toate defectele si regimurile anormale de functionare, chiar si atunci cand ele se deosebesc doar cu putin fata de regimul de functionare normala. Sensibilitatea unei protectii se apreciaza printr-un coeficient de sensibilitate.Selectivitatea. Protectia trebuie sa deconecteze numai elementul avariat si sa permita functionarea in continuare a instalatiilor neavariate.Siguranta. Siguranta functionarii unei protectii este calitatea acesteia de a actiona totdeauna cand este necesar (siguranta actionarii =absenta refuzului de functionare) si numai cand este necesar (siguranta neactionarii =absenta actionarilor false, intempestive, cand nu au aparut defecte in instalatia electrica protejata).Independenta fata de conditiile exploatarii. Protectia prin relee a unei instalatii trebuie sa actioneze corect, independent de schema de functionare a sistemului in momentul aparitiei defectului.Actionarea corecta a protectiei prin relee trebuie verificata pentru regimul maxim si pentru regimul minim de functionare ale elementului protejat; in regim maxim se verifica selectivitatea iar in regim minim se verifies sensibilitatea protectiei.In sistemele electrice moderne, performantele impuse functionarii protectiei au devenit mai severe, sporind gradul de dificultate in satisfacerea lor simultana. Ca urmare, a fost necesar sa creasca si complexitatea protectiilor, respectiv pentru realizarea functiei de protectie a instalatiilorelectrice se utilizeaza pe scara tot mai larga calculatoare numerice sau analogice.8.2. RELEE UTILIZATE IN INSTALATII DE PROTECTIE SI AUTOMATIZARIIn practica se utilizeaza diferite tipuri de relee care se deosebesc intre ele prin rolul pe care-1 au in instalatii, prin constructie si principiul de functionare .Dupa rolul pe care-1 au in schemele electrice, relee pot fi clasificate in: relee de protectie si relee sau dispozitive de automatizare.Relee de protectie sunt aparate care la abaterea, in sensul cresterii sau descresterii unei marimi electrice (curent, tensiune, impedanta, frecventa etc.) fata de valoarea reglata, abatere provocata de aparitia unei defectari a instalatiei sau unei stari anormale de functionare, actioneaza in unul din urmatoarele moduri:- comanda separarea partii de instalatie defecte, pentru a reduce la minim posibil urmarile locale ale defectiunii si intreruperii alimentarii consumatorilor;- semnalizeaza aparitia unei stari anormale, pentru a da personalului de supraveghere posibilitatea unei actionari corespunzatoare.Prin, relee sau dispozitive de automatizare se inteleg aparatele destinate efectuarii urmatoarelor operatii principale:- repunerea in functiune a liniilor electrice, in cazul unor defecte trecatoare, sau asigurarea continuitatii alimentarii consumatorilor prin cai de rezerva, in cazul iesirii accidentale din functiune a cailor principale de alimentare;- limitarea extinderii starilor anormale, aparute in sistem ca urmare a unor abateri de la parametrii normali de functionare sau a unor functionari incorecte ale intreruptoarelor; - reglarea automata a unor parametri ai sistemului energetic. Dupa natura parametrului controlat se deosebesc: relee de intensitate (de curent), de tensiune, de impedanta, de temperatura etc.Dupa modul de conectare in circuit se deosebesc: relee primare (prin care circula curentul primar din circuitul protejat) si relee secundare (alimentate prin intermediul transformatoarelor de masura); relee de timp si relee intermediare de semnalizare (alimentate prin contactele altor relee sau dispozitive).Dupa modul de actionare asupra intreruptorului se deosebesc: relee cu actionare directa, care comanda direct declansarea intreruptorului si relee cu actionarea indirecta, care comanda actionarea intreruptorului prin intermediului altor relee sau dispozitive.Dupa principiul de constructie si functionare, releele folosite in sistemele electrice pot fi impartite in urmatoarele categorii principale: relee electromagnetice (polarizate sau nepolarizate), relee de inductie, relee magnetoelectrice, relee electrodinamice, relee cu semiconductoare (relee statice), relee termice si relee de gaze. Fara sa intram in amanunte de constructie a diferitelor tipuri de relee, facem urmatoarele mentiuni sumare despre diferite tipuri constructive de relee.Relee electromagnetice. Sunt foarte sigure in functionare, simple, robuste si de acea se folosesc pe scara larga in instalatii de protectie si automatizari. Puterea consumata este relativ ridicata si de acea, sensibilitatea lor este mai mica decat a altor categorii de relee. Pe principiul releului electromagnetic sunt construite diferite tipuri de relee: de curent, de tensiune relee intermediare, relee de semnalizare, relee de timp etc.Relee electromagnetice polarizate functioneaza numai in curent continuu si se caracterizeaza printr-o sensibilitate foarte ridicata, puterea consumata pentru actionare fiind de ordinul 10~2 -10~5 W (pentru cele mai sensibile relee electromagnetice nepolarizate, aceasta putere nu este mai mica de 0,1 W). Timpul propriu de actionare este de asemenea foarte redus.Relee de inductie. Se construiesc fie cu disc, fie cu rotor cilindric. Releul maximal de curent cu temporizare tip RTpC este o constructie cu un releu de inductie cu disc si un releu electromagnetic. Cu aceste relee se pot obtine temporizari intre 2 si 10 secunde, curentii de pornire avand o valoare cuprinsa intre 2,5 si 10 A. Releele de inductie sunt larg utilizate in protectie, cu ajutorul lor putandu-se obtine diferite caracteristici necesare de actionare. Ele se realizeaza ca relee de curent, diferentiale, directionale.Releele magnetoelectrice functioneaza numai in curent continuu si au cea mai ridicata sensibilitate; puterea consumata pentru actionare este foarte mica.Releele electrodinamice au o sensibilitate ridicata (fara a atinge nivelul releelor magnetoelectrice) insa au un timp propriu de actionare mai mare decat releele de inductie. Ele pot functiona atat in curent continuu cat si in curent alternativ, fiind utilizate mai ales in relee directionale sau de impedanta.Releele cu semiconductoare au numeroase avantaje: sensibilitate ridicata, rapiditate in actionare, consum mic, volum si pret redus, siguranta ridicata (prin absenta partilor mobile si a contactelor, prin eliminarea influentei vibratiilor).Releele termice se realizeaza de obicei cu elemente bimetalice si se folosesc in special la protectia motoarelor electrice de joasa tensiune.Releele de gaze se utilizeaza la protectia transformatoarelor si autotransformatoarelor in cuva cu ulei cu conservator.In prezent, in statiile electrice si in posturile de transformare cele mai larg utilizate sunt releele secundare cu actionare indirecta. Ele se folosesc in mod curent in instalatiile electrice de mare putere. Curentul operativ necesar pentru circuitul electro-magnetilor de actionare a intreruptoarelor se obtine fie prin intermediul unui transformator special de curent, fie de la o sursa separata de curent continuu, figura 8.l. Calitatea unui releu, indiferent de tipul sau, poate fi apreciata dupa siguranta functionarii con tactelor, puterea absorbita de bobine, stabilitatea termica si electrodinamica, eroarea cu care actioneaza, timpul minim de revenire a mecanismelor, coeficientul de revenire etc. Releele se caracterizeaza prin urmatorii parametri mai importanti care de obicei sunt indicati in cataloage si prospecte:

Figura8.1. Schema de principiu a conectarii unuireleu secundar de curent maximal cu actiune indirecta si cu alimentarea circuitului operativ dela o sursa de curent continuu:1 - transformator de curent; 2 - releu maximalsecundar; 3 - bobina de declansare; 4 - contact auxilar ICurentul si tensiunea nominala reprezinta valorile curentului si tensiunii pe care bobinele sau circuitele releului le pot suporta, in bune conditii, in timp oricat de indelungat.Valoarea de pornire (de actionare) reprezinta acea valoare a marimii controlate la care, in cazul releelor cu elemente mobile si contacte, sistemul mobil al releului se pune in miscare si inchide contactele sau le deschide.Pentru releele cu constructie statica (de exemplu cele cu semiconductoare), care nu au elemente mobile si contacte, prin valoare de pornire se intelege valoarea marimii controlate la care releul comanda variatia in salt a marimii din circuitul de iesire.Valoarea de revenire este acea valoare a marimii controlate la care (pentru relee cu echipaje mobile) sistemul mobil al releului incepe sa se deplaseze in sens invers sensului deplasarii in cazul actionarii si continua aceasta deplasare pana in pozitia initiala de repaus. Pentru releele cu comutatie statica, prin valoare de revenire se intelege valoarea marimii controlate la care releul comanda variatia in sens invers (in raport cu variatia din momentul actionarii) a marimii din circuitul de iesire.Factorul de revenire este raportul dintre valoarea de revenire si valoarea de pornire. Cu cat factorul de revenire este mai apropiat de unitate, cu atat releul este de calitate mai buna. La releele maximale factorul de revenire este subunitar, iar la cele rninimale el este supraunitar.Timpul propriu de actionare al releului este timpul care trece din momentul variatiei marimilor controlate de releu pana" in momentul inchiderii (sau deschiderii) depline a contactelor. Pentru releele cu comutatie statica, el reprezinta durata din momentul variatiei marimilor controlate pana in momentul variatiei in salt a marimii din circuitul de iesire al releului.Puterea consumata (puterea de actionare) este puterea absorbita de releu pentru actionare. Acest parametru important defineste sensibilitatea releului: cu cat puterea consumata este mai mare, protectia respectiva va fi mai putin sensibila. De asemenea, puterea consumata de relee intervine in calculul transformatoarelor de masura care alimenteaza protectia.Puterea comandata de contactele releului (puterea de rupere. capacitatea de comutare) este puterea din circuitul pe care il pot intrerupe sau stabili contactele releului, fara ca acestea sa se deterioreze. Puterea contactelor se indica in curent continuu si in curent alternativ.Pozitia normala a contactelor reprezinta pozitia pe care o au contactele releului atunci cand prin bobinele sau circuitele sale de intrare nu circula curent.Eroarea releului este diferenta dintre valoarea reala de pornire si valoarea marimii controlate la care releul a fost reglat sa actioneze. Daca aceasta diferenta se raporteaza la valoarea reglata, se obtine eroarea in procente. Pentru asigurarea selectivitatii, a sigurantei si a sensibilitatii, eroarea releului trebuie sa fie cat mai mica, precizia sa fiind astfel cat mai ridicata.Cursa de inertie reprezinta timpul in care sistemul mobil al releului (in cazul releelor electromecanice) continua sa se deplaseze, in virtutea inertiei, dupa ce cauza care provocase aceasta deplasare a disparut. Cursa de inertie caracterizeaza calitatea releului si este necesar sa fie cat mai mici pentru obtinerea unei sigurante de functionare ridicata.Stabilitatea termica si electrodinamica reprezinta proprietatea releului de a suporta in timp limitat (fara nici un fel de deteriorari) efectelc termice si electrodinamice ale curentului de scurtcircuit.8.3. PRINCIPALELE TIPURI DE PROTECTIE REALIZATE PRIN RELEE8.3.1. Protectia de curentProtectia maximala de curent actioneaza in cazul cresterii curentului din circuitul protejat, ca urma a unui scurtcircuit sau a suprasarcinii. Sunt deosebit de simple si au o utilizare larga.Aceste protectii se realizeaza cu relee de intensitate (de curent) care actioneaza atunci cand curentul din circuitul protejat depaseste o anumita valoare de prag stabilita, numita curent de pornire (de actionare al protectiei) notata cu Ipp, adica I > Ipp, unde I este curentul din circuitul protejat.Pentru ca protectia de curent sa nu actioneze in regim normaleste necesar ca valoarea curentului de pornire sa fie superioara valorii curentului nominal Inom si valorii curentului maxim de sarcina I max sac care pot circula prin circuitul protejat, respective.

Protectiile maximale de curent nu sunt selective deoarece cresterea curentului are loc atat la scurtcircuite in instalatia protejata, cat si la scurtcircuite exterioare zonei protejate. Pentru asigurarea selectivitatii sunt necesare elemente suplimentare; in cele mai multe cazuri, sunt prevazute temporizari in actionare, astfel ca protectia nu poate asigura performanta de rapiditate. Datorita valorii mari a curentului de pornire, sensibilitatea protectiilor maximale de curent este de asemenea redusa. Principala calitate a acestor protectii este simplitatea, fiind alimentate cu o singura marime electrica.In figura 8.2 este prezentata schema de principiu (pentru o faza) a protectiei maximala de curent temporizata cu caracteristica independenta. Se numeste protectia maximala cu caracteristica independenta datorita faptului ca temporizarea cu care actioneaza este constanta si independenta de valoarea curentului de defect.

Figura 8.2. Schema de principiu a protectiei maximale de curent temporizate, cu caracteristica independentaMult mai rar sunt folosite protectiile minimale de curent care actioneaza la scaderea curentului din circuitul protejat.8. 3.2. Protectia de tensiuneProtectiile de tensiune sunt tot protectii simple, alimentate cu o singura marime electrica.Protectiile minimale de tensiune sunt cele mai frecvent utilizate si actioneaza in cazul scaderii tensiunii, eveniment care are loc la aparitia unui scurtcircuit. Protectiile minimale de tensiune actioneaza (isi inchid contactele, cele realizate cu contacte) atunci cand tensiunea U din circuitul protejat scade sub valoarea reglata pentru actionarea protectiei, numita tensiunede pornire a protectiei Upp . Deci, pentru actionarea protectiei este necesar caUUmax expl8.3.3. Protectia directionalaProtectiile directionale actioneaza in cazul in care apare o modificarc importanta a defazajului dintre curentul si tensiunea din circuitul protejat.Releele directionale sunt de diferite tipuri (electrodinamice, dc inductie etc.) dar, pentru oricare dintre ele, momentul care actioneaza asupra echipajului mobil, determinand inchiderea contactelor, este:M = k*U*I*cos(+), unde: U si I sunt tensiunea, respectiv curentul aplicat releului; - unghiul dintre vectorii celor doua marimi;k - factor de proportionalitate; a - unghi care depinde de caracteristicile releului. Se observa ca U I cos(+),este expresia unei puteri si se poate spune ca releul isi

inchide sau nu contactele dupa cum aceasta putere este pozitiva sau negativa. Din acest motiv, releele directionale se mai numesc si relee de putere; aceasta putere fictiva nu este puterea care se scurge spre locul de scurtcircuit, dar sensul ei corespunde sensului de scugere a puterii de scurtcircuit.Spre deosebire de relee maximale, la care pentru a se produce actionarea este necesar si suficient ca un singur parametru (curentul) sa depaseasca o anumite valoare, la releele directionale, pentru a se obtine cuplul necesar actionarii contribuie trei parametri (tensiunea, curentul si unghiul dintre acestea). Orientarea releului este cu atat mai sigura cu cat unghiul este mai mare; valoarea necesara a acestui cuplu nu se regleaza in exploatare, ci se cauta pe cale constructiva ca ea sa fie cat mai mica (micsorandu-se frecarile) pentru ca sa se obtina o sensibilitate cat mai mare a releului.

Daca M > 0 , releul isi inchide contactele, iar daca M < 0 , echipajul mobil tinde sa se roteasca in sens invers celui anterior si deci mentine contactele deschise. Conditia de actionare a unui releu directional este deci:k*U*I*cos(+)>0De obicei, protectia directionala se utilizeaza in combinatie cu o alta protectie, de exemplu cu protectia maximala de curent sau cu protectia de distanta. In acest fel, se realizeaza o actionare selectiva a protectiei care este determinata nu numai de valoarea curentului sau impedantei, ci si de sensul de circulatie al puterii. Se utilizeaza mai ales in retele electrice alimentate de la una sau mai multe surse.Schema de principiu (pentru o singura faza) a protectiei maximale directionale a unei linii este prezentata in figura 8.3.Pentru ca releul de timp 3 sa fie excitat si sa comande, dupa timpul reglat, declansarea intreruptorului I, este necesar ca atat curentul sa depaseasca valoarea reglata, si deci releul maximal de curent 1 sa-si inchida contactele, cat si ca sensul de scurgere al puterii de scurtcircuit sa fie de la bara spre linie si deci releul directional 2 sa-si inchida contactele.Protectia directionala se realizeaza cu relee directionale de putere care se conecteaza astfel incat sa actioneze la orice fel de defect pe linia protejata si sa dea comanda de scoatere a liniei de sub tensiune prin declansarea intreruptoarelor apropiate.

Figura 8.3. Schema de principiu a protectiei maximale de curent directionala a unei liniiUnghiul de scurtcircuit (unghiul dintre tensiunea si curentul de scurtcircuit) depinde de natura retelei.Exista o multime de combinatii intre tensiunile si curentii care se aplica releelor pentru a se obtine, in functie de natura retelei, protectii cu sensibilitate maxima.O schema larg utilizata de conectare a releelor este schema de 90* reprezentata la figura 8.4. In aceasta schema, releul alimentat cu curentul de pe faza IR primeste tensiunea UST. si, in mod similar, Is primeste tensiunea URT

Figura 8.4. Schema de principiu a protectiei maximale de curent directionale temporizata, realizata dupa schema de 90iar curentul IT primeste tensiunea URS,. Fiecareia tensiuni intre fazeaplicate releului i se asociaza curentul unei faze defazate inainte cu 90, conform diagramei vectoriale din figura 8.5

Figura 8.5. Diagrama vectoriala a unei protectii directionale realizate dupa schema de 90Schema actioneaza corect in cazul scurtcircuitelor monofazate si polifazate, insa are o zona moarta in cazul scurtcircuitelor trifazate (o zona pentru care, la scurtcircuit, releele nu actioneaza, sunt insensibile). Existenta zonei moarte se datoreaza faptului ca tensiunile aplicate releelor de putere tind catre zero atunci cand locul de scurtcircuit trifazat se apropie de locul de instalare al transformatoarelor de masura.8.3.4. Protectia diferentialaProtectia diferentiala este protectia care actioneaza in functie de diferenta a doua marimi. Marimile care se compara intre ele pot fi: curentii, fazele curentilor sau fazele tensiunilor la capetele elementului protejat (linie, generator, transformator etc.).Protectia diferentiala actioneaza atunci cand apare o diferenta intre valoarea curentilor de la cele doua capete ale zonei protejate - figura 8.6

In cazul functionarii normale, curentii de la capetele zonei protejate sunt egali:IA =IB , IA IB = 0Daca apare un defect in afara zonei protejate, atunci curentii de la capetele zonei protejate raman egali, adica in continuare si diferenta lor ramane zero La un defect in interiorul zonei protejate, curentii IAK2 si IBK2 de la cele doua capete ale zonei protejate nu mai sunt egali. Pe langa o diferenta intre valorile absolute, apare si un defazaj important intre cei doi curenti, diferenta lor fiind diferit de zero, deci:IAK2 - IBK2 0

Principiul diferential permite sa se deosebeasca un defect in interiorul zonei protejate de un defect aparut in afara acestei zone; prin urmare, protectiile diferentiale sunt selective.In regim normal de functionare, diferenta curentilor de la capetele zonei protejate este egala cu zero; rezulta ca valoarea curentului de pornire a protectiei diferentiale poate sa fie mai mica decat valoarea nominala din circuit.Protectiile fiind selective, nu necesita introducerea unor temporizari pentru asigurarea selectivitatii; in consecinta sunt protectii rapide.Intrucat controleaza curentii la ambele capete ale zonei protejate; protectiile diferentiale se incadreaza in categoria protectiilor complexe.In figura 8.7 este prezentat principiul de functionare al protectiei diferentiale de curent, in cazul unui transformator de putere cu doua infasurari. Se compara valorile si sensurile curentilor aceleasi faze din cele doua infasurari ale transformatorului protejat. Transformatorul trebuie sa aiba instalate, pe fiecare faza a tuturor infasurarilor sale, transformatoare curent. Infasurarile secundare ale acestora trebuie legate intre ele astfel incat sa masoare diferenta.In functionare normala sau in cazul scurtcircuitelor exterioare figura 8.7. a), id=il-iH. Schema protectiei diferenfiale trebuie sa asigure egalitatea curentilor secundari (Il =IH), deci valoarea curentului in releu este zero si aceasta nu functioneaza.In cazul scurtcircuitelor in zona protejata (figura 8.7.b), curentul in releu este egal cu suma id= il + iH . Daca id > ip (ip - este curentul de pornire al releului) releul actioneaza si comanda declansarea intreruptoarelor transformatorului.

Figura 8.7. Principiul de functionare a protectiei diferentiale: a scurtcircuit exterior; b - scurtcircuit interior

La realizarea protectiei diferentiale de curent trebuie sa se tina seama ca exista un curent de dezechilibru care circula prin releu chiar si in cazul regimului normal. Curentul de dezechilibru nu este constant ci variaza proportional cu curentul primar al transformatorului de curent, daca acesta functioneaza in zona de saturatie a curentului magnetic. Curentul de dezechilibru capata valori maxime atunci cand circuitul primar este parcurs de curentul maxim de scurtcircuit in care este inclusa si componenta tranzitorie.Pentru micsorarea valorii curentului de dezechilibru si desensibilizarea protectiei diferentiale exista mai multe metode: utilizarea unor transformatoare de curent cu saturatie rapida a circuitului magnetic TSR, blocarea protectiei fata de armonicile superioare ale curentului de magnetizare etc.In cazul protectiei diferentiale de faza, se compara fazele curentilor de la cele doua capete ale liniilor. Protectia actioneaza atunci cand defazajele curentilor de la cele doua capete ale liniilor fata de tensiunile respective sunt de semne contrare; aceasta corespunde cazului cand curentii la cele doua capete sunt de sens opus, ca urmare a faptului ca ei circula dinspre capetele liniilor spre locul de defect.8.3.5. Protectia de distantaExista mai multe principii constructive pe baza carora se realizeaza protectiile a caror functionare depind de distanta pana la locul defectului. Una dintre cele mai raspandite protectii de distanta este protectia de impedanta actioneaza atunci cand impedanta circuitului protejat se micsoreaza.In regim normal, releele protectiei masoara o valoare relativ ridicata a impedantei circuitului protejat. In cazul unui scurtcircuit in zona protejata, are loc o crestere importanta a curentului I si o scadere a tensiunii U, prin urmare are loc o scadere considerabila a raportului U/I, respectiv a impedantei circuitului protejat. Actionand la aceasta scadere, releele de impedanta sunt relee minimale. Avand in vedere ca impedanta liniei este proportionala cu lungimea acesteia, raportul U/I este o masura a distantei de la locul unde acesta este masurat pana la scurtcircuit. Din acest punct de vedere, protectia de impedanta se numeste protectie de distanta.In cazul unui defect intr-unul din elementele unui sistem electric (linie, generator, transformator etc.), prin elementul defect circula curenti maximi in comparatie cu valorile din restul sistemului, iar tensiunile de la capetele elementului defect sunt minime in comparatie cu tensiunile din celelalte puncte ale sistemului. Datorita acestui fapt, releele de impedanta de la capetele elementului defect vor masura impedante minime in raport cu celelalte relee de impedanta din sistem. Stabilind o anumita dependenta intre timpul de actionare al protectiei si valoarea impedantei masurate, protectiile de distanta pot asigura selectivitatea functionarii si in retelele complexe cu noduri alimentate din mai multe surse sau retelele buclate unde selectivitatea nu mai poate fi asigurata numai pe baza temporizarii si directionarii.Protectia de distanta comanda declansarea intreruptoarelor liniei la care este instalata cu o temporizare care este cu atat mai mica cu cat distanta pana la defect este mai mica. In prezent se folosesc in scara larga protectii de distanta la care timpul de declansare scade treptat cu distanta.Atat treptele de timp cat si cele de distanta sunt, in general, reglabile. Ca si alte tipuri de relee, indiferent de principiul lor constructiv, si releele de distanta prezinta anumite erori, atat in determinarea distantei pana la locul defectului cat si in temporizarea actionarii, erori care nu depasesc in mod normal 20 %. Teoretic, daca nu s-ar tine seama de erori, zona I (rapida) a oricarei protectii de distanta s-ar alege egala cu lungimea liniei protejate, ceea ce ar duce la declansarea rapida a defectului pe orice portiune a liniei. Erorile posibile in aprecierea distantei ar putea provoca insa o deconectare rapida si in cazul defectelor aparute pe alte linii in imediata apropiere a barelor statiei de la celalalt capat al liniei protejate. Din acest motiv, treapta I a protectiei de distanta reprezinta de regula numai 80% din lungimea liniei protejate.Protectia de distanta realizeaza atit deconectarea rapida a defectelor de pe linia proprie, cat si deconectarea temporizata a defectelor de pe liniile alaturate, care din diferite motive nu sunt deconectate prin intreruptoarele proprii.Protectia de distanta a unei linii este deci, in acelasi timp, si o protectie de rezerva pentru elementele alaturate ale retelei.Coeficientii de sensibilitate ai protectiilor de distanta sunt mai buni decat cei ai protectiilor maximale de curent, in special pentru linia proprie si adesea, si pentru cele alaturate.Una dintre cele mai simple protectii de impedanta este realizata cu releul balanta electromagnetica - figura 8.8.

Figura 8.8. Releu de impedanta de tipul ,,balanta electromagnetica"Balanta electromagnetica se compune din doua relee electromagnetice ale caror armaturile mobile sunt fixate fiecare la cate un capat al unei parghii care se poate roti in jurul unui ax. Unul dintre relee este alimentat cu curentul secundar al liniei protejate iar celalalt cu tensiunea secundara de la transformatoarele de tensiune ale statiei (sau ale liniei). Fortele exercitate asupra armaturilor acestor relee dau nastere unor momente care actioneaza in sensuri opuse asupra parghiei. Dupa cum se vede din figura 8.8, momentul produs de tensiune Mu, tinde sa tina deschise contactele releului de impedanta, iar momentul produs de curent Mi, tinde sa le inchida.

La liniile electrice, si in special la cele aeriene, majoritatea scurtcircuitelor nu sunt metalice ci prin arc electric. Rezistenta arculi electric, care intervine in determinarea impedantei buclei de scurtcircuit, n are o valoare constanta ci variaza cu lungimea acestuia si cu valoarea curentului de scurtcircuit. Eliminarea erorii introduse de arcul electric determinarea distantei pana la locul defectului, si prin aceasta in functionarea protectiilor de distanta, reprezinta o cerinta esentiala. Solutia folosita in prezent, in majoritatea cazurilor, pentru eliminarea acestor erori consta in realizarea unor relee numite de impedanta mixta .Elementele componente a protectiei sunt:Elemente de pornire care sesizeaza aparitia unui defect in retea. Acestea sunt relee minimale de impedanta sau relee maximale de curent; la aparitia defectului, acest element conduce la pornirea intregii scheme a releului.Element de masura a impedantei care trebuie sa stabileasca zona in care se gaseste defectul, pentru a fi lichidat cu timpul corespunzator conditiilor de selectivitate.Elementul de timp are rolul de a stabili timpul de actionare al protectiei in functie de impedanta masurata.Elementul directional este alimentat cu marimi corespunzatoare naturii defectului si a fazelor afectate, determinand directia defectului spre elementul protejat sau in amonte (defectul in spate).Elementul de blocaj la pendulatii contine dispozitive de blocare a actionarii in cazul pendularilor in retea.Alte elemente, ca elementele destinate coordonarii protectiei cu automatizarea folosita in sistem, elemente pentru controlul alimentarii protectiei, elemente de diferite semnalizari etc.Functionarea in ansamblu a dispozitivului complex pe care il constituie protectia de distanta cu un singur organ de masurare este prezentata prin schema bloc din figura 8.9

Figura 8.9Protectia de distanta este racordata la infasurarile secundare ale transfonnatoarelor de curent si de tensiune. La aparitia unui defect, intra in functiune elementul de pornire P, releele intermediare excitate de acesta (din BI1 si BI2) aleg, in functie de felul defectului, tensiunile si caderile detensiune produse de curenti in rezistenta R, care se aplica elementului directional D si celui de masurare a impedantei Z, pentru a se determina corect directia si distanta.Tensiunea aplicata elementului de masurare Z este micsorata succesiv, la anumite intervale de timp, prin intermediului elementului de timp T.Comanda de declansare se transmite prin releul final RF, in momentul in care sunt inchise simultan contactele elementului de masurare Z, ale elementului directional D si dispozitivul de blocare contra pendularilor BP.8.3.6. Protectia cu filtreStatisticile arata ca marea majoritate a scurtcircuitelor sunt nesimetrice (cca. 95 %); dintre acestea, numai 10 % sunt scurtcircuite intre doua faze celelalte fiind insotite de punere la pamant.In cazul scurtcircuitelor nesimetrice apar componente de secventa negativa, iar in cazul punerilor la pamant apar componente de secventa zero ale curentilor si tensiunilor. Conectandu-se releul prin intermediul unor filtre de componente simetrice, se poate asigura actionarea protectiei in cazul anumitor tipuri de defecte.Deoarece filtrele de secventa zero se realizeaza simplu, ele sunt utilizate pe scara foarte larga impotriva defectelor insotite de puneri la pamant. In ultima vreme, a capatat extindere si utilizarea filtrelor de secventa negativa, intrucat protectiile cu aceste filtre satisfac in mai buna masura conditia de sensibilitate.In unele protectii este necesar controlul prezentei anumitor armonici superioare ale curentilor. In asemenea situatii se folosesc filtre de armonici superioare.In majoritatea cazurilor, liniile electrice ale retelelor care functioneaza cu punctul neutru legat direct la pamant sunt prevazute cu o protectie speciala impotriva defectelor insotite de puneri la pamant, protectie: numita si protectie homopolara. Aceasta protectie este necesara datorita sensibilitatii insuficiente pe care o prezinta, fata de defectele monofazate in cele mai multe cazuri, protectia maximala de curent obisnuita.Schema de principiu a acestei protectii este prezentata in figura 8.10

Figura 8.10. Schema monofilara de principiu a unei protectii maximale homopolare Aceasta schema consta de fapt dintr-o protectie obisnuita maximala de curent (compusa dintr-un releu maximal de curent si unul de timp) alimentata de la infasurarile secundare, legate in paralel, ale transformatoarelor de curent de pe trei faze ale liniei protejate, care formeaza asa numitul filtru de secventa homopolara.Pentru alimentarea protectiei homopolare nu sunt necesare transformatoare de curent speciale care sa formeze filtrul de secventa homopolara ci pot fi folosite transformatoare care alimenteaza celelalte protectii (sau aparate de masura), care se leaga apoi in paralel.Ca si protectie impotriva scurtcircuitelor polifazate, protectia homopolara poate fi temporizata sau netemporizata, situatie in care principiul alegerii treptelor de timp este acelasi ca si la protectia maximala, timpii de actionare crescand pe masura indepartarii de sursa. Trebuie mentionat insa ca pentru aceeasi linie, protectia homopolara are, in general, o temporizare mai mica decat protectia maximala.Protectia homopolara se utilizeaza cu bune rezultate in retele alimentate din mai multe parti sau in cele buclate, dar in asemenea cazuri i se adauga un element directional, ea devenind protectia homopolara directionala.In retelele cu neutrul izolat sau compensate, protectiile folosite pentru detectarea selectiva a punerilor la pamant sunt speciale, avand in vedere ca valorile curentilor de punere la pamant sunt, de obicei, mult mai mici decat curentii nominali de sarcina si, din acest motiv, nu pot fi sesizati de protectiile maximale de curent ale liniilor.Datorita faptului ca acest curent de defect este mic, a fost nevoie de protectie speciala, foarte sensibila si care sa nu actioneze la curenti de sarcina. In acest caz, se foloseste una din urmatoarele solutii: protectii maximale de curent homopolar; protectii homopolare directionale; protectii cu relee sensibile la curenti homopolari de armonici superioare etc.Protectia maximala de curent homopolar este constituita dintr-o protectie maximala de curent alimentata de curentul homopolar al liniei protejate prin intermediul unui filtru de curent de secventa homopolara, realizat prin montajul cu trei transformatoare de curent, in cazul cand linia pleaca aerian sau cu un transformator inelar (toroidal), in cazul in care linia pleaca in cablu.Pe fiecare linie cu iesire in cablu trifazat se monteaza un singur transformator, format dintr-un miez magnetic inelar, pe care este dispusa infasurarea secundara, si prin interiorul caruia trece cablul protejat, care constituie infasurarea primara - figura 8.11.Tensiunea electromotoare la bornele infasurarii secundare este proportionala cu fluxul rezultat din suma fluxurilor magnetice produse de curentul fiecarei faze a cablului. In regim normal si in cazul scurtcircuitelor bi si trifazate, fluxul magnetic rezultant este nul. In cazul punerii la pamant a unei faze, in miezul magnetic apare un flux care induce o tensiune electromotoare secundara, deci prin releu circula un curent si protectia actioneaza

Figura 8.11. Protectia maximala de curent homopolar contra punerilor la pamant a unei linii cu iesire in cabluTransformatoarele de curent de secventa homopolara inelare au o constructie simpla si sigura, iar curentul lor de dezechilibru este foarte mic. Raportul de transformare al transformatorului nefiind influentat, ca la transformatoarele de curent obisnuite, de curentul de sarcina al liniei, poate fi ales astfel incat sa corespunda unei sensibilitati cat mai mari.

Protectiile maximale de curent homopolar descrise pot fi folosite in retelele radiale, cu neutrul izolat sau compensat, pot actiona la semnalizare sau declansare si numai in acele sisteme in care pot fi indeplinite simultan conditiile de selectivitate si sensibilitate.

Pentru a fi selectiva, protectia trebuie sa aiba curentul de pornire mai decat curentul capacitiv al liniei proprii, iar pentru a fi sensibila,curentul de pornire trebuie sa fie mai mic decat curentul capacitiv al celorlalte linii din intreaga retea.

Pentru a fi selective, protectiile contra punerilor la pamant se directioneaza chiar si in unele retele radiale. Acest gen de protectie directionala se foloseste intotdeauna in retele buclate sau cu mai multe surse.

Figura 8.12. Schema protectiei homopolare directionale a uneilinii aerieneIn retele cu neutrul izolat, pentru protectia homopolara directionala se folosesc relee directionale de tip varmetric, asa numitele relee sim. Infasurarea de curent a releului directional se alimenteaza de la un filtru de secventa homopolara realizat cu trei Transformatoare de curent sau cu un transformator inelar. Infasurarea de tensiune a releului se alimenteaza de la iniasurarea in triunghi deschis a transformatorului de tensiune conectat pe barele statiei - figura 8.12Deoarece aceste relee actioneaza dupa stabilirea regimului stationar (timp de actionare peste 0,5 sec), nu este nevoie a se adauga schemei un releu de timp.In retelele compensate, in cazul punerii la pamant a unei faze, prin locul defectului trece un curent rezidual reprezentand numai cateva procente din curentul de punere la pamant al retelei si curentul rezidual care are totdeauna o componenta activa proportional cu rezistenta bobinei si independent de rezistenta de defect.Protectia contra dublei puneri la pamant este un alt si stem de protectie care functioneaza pe principiul protectiei cu filtre, utilizat in retelele compensate sau cu neutrul izolat.Aparitia unei duble puneri la pamant in aceste retele constituie un defect foarte grav care trebuie urgent detectat si separat. Curentul de dubla punere la pamant, in cazul in care nu este intrerupt in timp scurt, poate da nastere, in locurile de defect, la tensiuni de pas si de atingere periculoase pentru viata oamenilor si animalelor si de asemenea, poate provoca topirea prizelor de pamant ale stalpilor sau deteriorarea unor elemente ale stalpilor la care s-au produs punerile la pamant. In cazul unei duble puneri la pamant, curentul de defect este determinat de distantele de la barele statiei de alimentare pana la cele doua locuri de defect, care pot sa fie situate pe linii diferite, precum si de rezistenta de trecere de la conductoare la pamant, in cele doua locuri de defect. In consecinta, curentul de dubla punere la pamant are in unele cazuri valori mai mici decat curentul de scurtcircuit bifazat. Pentru linii mai lungi si incarcate, protectiile maximale de curent instalate pentru a le proteja la scurtcircuite bifazate si trifazate, reglate la curenti de pornire mari, dependenti de curentii de sarcina maxima, nu sunt sensibile la duble puneri la pamant.In consecinta, este necesar ca acele linii ale caror protectii maximale de curent nu sunt sensibile la duble puneri la pamant, sa fie prevazute cu o protectie contra acestor defecte. O astfel de protectie este releul filtru de curent de componenta simetrica inversa tip FRC-2a.Releul filtru FRC-2a se compune dintr-un filtru de intrare caruia i se aplica curentii liniei ce se protejeaza iar la iesire apare, in diferite cazuri de defect, o marime proportionala cu curentii de secventa inversa si homopolara; aceasta marime se aplica unui releu maximal de curent (organul de masurare) care actioneaza la depasirea valorii reglate. Prin aceasta, releul filtru sesizeaza defectele nesimetrice (scurtcircuit bifazat si punere la pamant) care sunt insotite de aparitia curentilor de secventa negativa si zero. Releul este mai sensibil decat protectia maximala de curent deoarece in functionare nominala, neexistand decat componente simetrice pozitive, el poate fi reglat la valori mai mici de curent. In acest fel, zona de linie ce se poate proteja cu acest releu creste de 2 - 3 ori in comparatie cu zona protejata de protectia maximala de curent.Releul poate fi alimentat cu cei trei curenti ai liniei ce se protejeaza, figura 8.13.a, sau numai cu doi curenii - figura 8.13.b.El se compune din doua transformatoare Ta si Tb construite astfel ca tensiunea Ea din secundarul Ta sa fie defazata cu 60 inainte, iar tensiunea Eb din secundarul transformatoruluiTb in faza fata de curentii primari din infasurarile respective. In schema de protectie a releului FRC-2a trebuie sa se adauge releu de timp distinct, releul de timp al protectiei maximale de curent, sa temporizeze actionarea releului filtru. Temporizarea se alege cu o treapta de timp mai mare decat temporizarea protectiei maximale a liniei respective.

Releul FRC-2a se mai utilizeaza si ca protectie de rezerva generatoarelor si transformatoarelor impotriva functionarii de durata regim nesimetric.

Figura 8.13 Schema de principiu a FRC-2a

8.3.7. Protectia prin curenii de inalta frecventaAceasta protectie este utilizata pentru unele linii de inalta tensiune, unde este necesara transmiterea unor semnale intre dispozitivele de protectie de la cele doua capete ale liniei, aflate la mare distanta, pentru asigurarea simultana a rapiditatii si a selectivitatii.Liniile de inalta tensiune sunt folosite drept canale de inalta frecventa, pentru telemasurari, telecomenzi si telecomunicatii. In unele cazuri, aceste protectii au fost realizate si prin canale radio; in ultima vreme, teletransmiterea tuturor semnalelor, inclusiv a celor pentru protectie, utilizeaza fire optice care se introduc in funia conductor a liniei de inalta tensiune (in general in conductorul de protectie). 8.3.8. Protectia termicaProtectiile termice actioneaza la cresterea temperaturii care insoteste acurtcircuitele si suprasarcinile. Aceste protectii sunt de regula utilizate la generatoare, transformatoare si motoare electrice. In unele cazuri, protectiile termice sunt utilizate si pentru linii de inalta si medie tensiune, avand ca scop valorificarea capacitatii de supraincarcare a acestor linii.In general, pentru protectia la suprasarcini in instalatii electrice de joasa tensiune se folosesc relee termice bazate pe incovoierea unui bimetal cand aceasta este incalzit sau declansatoare termice montate in aceeasi carcasa cu contactorul sau cu intreruptorul automat. Bimetalul releului termic este incalzit fie direct de curentul absorbit de motor, fie indirect de catre o infasurare de incalzire prin care trece acest curent, fie combinat, o parte din curentul motorului trecand prin infasurare iar restul prin bimetal.Datorita caldurii produse de curent, bimetalul se inconvoaie si, la o anumita valoare a curentului, deschide un contact din circuitul de comanda-al contactorului sau automatului provocand astfel declansarea.Releele termice pot fi reglate, in general, in mai multe trepte in domeniul (0.5...l)-In, unde In este curentul nominal al releului. Reglarea trebuie efectuata in raport cu sarcina reala a instalatiei protejate.8.3.9. Protectia cu relee de gazeAceste protectii se folosesc la transformatoare si autotransformatoare in cuva cu ulei, fiind realizate cu relee montate pe conducta de ulei dintre cuva si conservatorul de ulei. Functionarea lor se bazeaza pe degajarea gaze care apare in cazul defectelor din interiorul cuvei transformatorului.Protectia de gaze este principala protectie contra defectelor interne cu care trebuie prevazut orice transformator cu putere mai mare de 1000 kVA precum si transformatoarele pentru servicii interne ale centralelor statiilor cu puteri mai mari de 250 kVA.Arcul electric sau caldura dezvoltata de scurtcircuit au ca urmare descompunerea uleiului si a materialelor organice ale pieselor izolante formarea de gaze. Acestea, fiind mai usoare decat uleiul, se ridica spre conservator; in cazul defectelor mai grave, formarea gazelor poate fi atat de violenta, incat presiunea interioara care ia nastere poate imprima si uleiului o deplasare spre conservator.Gazele servesc si ca un indiciu calitativ al defectului transformator, prin culoarea, mirosul si inflamabilitatea lor. Daca gazele sunt neinflamabile, fara miros si incolore, rezulta ca din transformator se elimina aerul ramas in interior, dupa umplerea cuvei cu ulei. Un gaz albicios inflamabil cu miros intepator este produs de deteriorarea materialelor izolante (hartie, izolatii textile etc.). Un gaz galbui greu inflamabil indica deteriorarea pieselor de lemn, iar un gaz cenusiu inchis sau negru si usor inflamabil arata ca s-a produs descompunerea uleiului.

Culegerea gazelor pentru cercetarea proprietatilor se face cu ajutorul unei eprubete, la robinetul de evacuare al releului de gaze.Aparatul care sesizeaza formarea gazelor sau a deplasarii violente a uleiului, si scaderea nivelului acestuia este releul de gaze RG cunoscut sub numele de releu Bucholz. Acesta se monteaza pe conducta de ulei de legatura intre cuva transformatorului si conservator (rezervor de ulei). Conducta de ulei trebuie sa aiba o panta de 2-4% pentru a usura trecerea, eventuala, a gazelor sau a uleiului spre conservator - figura 8.14

O mare parte a transformatoarelor sunt echipate cu relee de gaze construite in tara de tipul RB-5 cu una sau doua plutitoare. La Inceputul unui defect, in transformator are loc o degajare lenta de gaze; acestea se ridica spre suprafata uleiului din conservator si, trecand prin releu, se aduna in partea superioara a acestuia, provocand coborarea nivelului uleiului din releu. Ca urmare, coboara si plutitorul si mercurul inchide contactele releului, dand comanda de semnalizare.La defecte grave in transformator, degajarea gazelor este violenta amestecul de gaze cu ulei trece cu viteza prin releu mercurul inchide contactele stabilind circuitul bobinei unui releu intermediar care comanda declansarea intreruptoarelor transformatorului.Avantajele rmportante ale protectiei de gaze sunt: simplitatea, sensibilitatea, rapiditatea, in cazul defectelor comanda semnalizarea sau declansarea, in functie de caracterul defectelor. Protectia de gaze este cea mai sensibila dintre protectiile transformatorului in cazul scurtcircuitelor intre spire.In practica exploatarii au reiesit cateva puncte slabe, actionari intempestive (nedorite) ale protectiei de gaze, care au doua cauze principale. Prima datorita aerului introdus impreuna cu uleiul ridicandu-se spre conservator actioneaza releul. A doua cauza poate fi fluxul de ulei care se formeaza in transformator in urma unor scurtcircuite exterioare violente, sau a pornirii si opririi pompelor din circuitul de ulei pentru racier.8.3.10. Protectii de baza, de rezerva si auxiliareProtectia de baza a unei instalatii este protectia destinata sa actioneze cu rapiditate la defecte in limitele instalatiei protejate. In cazul unui refuz de actionare al protectiei de baza, defectul ar continua sa fie alimentat si s-ar agrava. Pentru a preintampina acest lucru se vor avea in vedere urmatoarele shuatii nefavorabile:a) Refuzul de actionare al protectiei: pentru aceasta situatie, elementul respectiv trebuie protejat prin alte instalatii de protectie de rezerva montate pe elementul respectiv si/sau pe un element aflat in amonte in sensul sursei de alimentare.b) Refuzul de funcfionare al intreruptorului care este comandat de instalatia respectiva. Pentru aceasta situatie, impulsul de protectie va fi transmis la un alt intreruptor situat in amonte, in sensul sursei de alimentare, respectiv la o alta bobina de declansare a intreruptorului care a refuzat declansarea sau se va asigura sensibilitatea protectiei din amonte, eventual prin comutarea unui scurtcircuitor rapid de punere la pamant, care va sensibiliza protectia din amonte.Protectia de rezerva a aceleasi instalatii este deci aceea care inlocuieste actiunea protectiei de baza in cazul unui refuz de actionare a acesteia. Protectia de rezerva trebuie sa actioneze cu un timp mai mare decat protectia de baza, pentru a permite lichidarea defectelor de catre aceasta, in cazul cand functioneaza corect.Pentru lichidarea defectelor in cazul refuzului intreruptoarelor au fost elaborate si introduse dispozitivele DRRI adica declansarea de rezerva la refuzul intreruptorului. Aceste dispozitive se instaleaza in cazul cand protectiile dintr-o statie nu au o sensibilitate suficienta pentru a asigura o rezerva de la distanta pentru defecte pe liniile racordate pe barele statiilor de la capetele opuse (deci la defecte pe liniile vecine), precum si in toate statiile cu bare multiple.Pentru asigurarea rezervei protectiilor si intreruptoarelor se mai aplica metoda de supraveghere centralizata a retelelor electrice. In cadrul acestor sisteme, protectiile de baza se realizeaza local, pentru fiecare instalatie a retelei, iar protectia de rezerva se realizeaza centralizat, prin intermediul unui calculator care primeste informatii - prin telecanale asupra sensurilor de circulatie a energiilor si asupra starii intreruptoarelor si stabileste locul defectului, comandand declansarea intreruptoarelor respective dupa trecerea temporizarii corespunzatoare.In unele cazuri, protectia de baza nu acopera intreaga lungime a circuitului protejat si exista anumite portiuni in care defectele aparute sunt sesizate de catre aceste protectii; portiunile respective se numesc moarte ale protectiei de baza. Pentru a se asigura protectia si impotriva defectelor care pot aparea in zonele moarte, se instaleaza asa numitele protectii auxiliare. In unele cazuri, rolul acestora poate fi indeplinit de protectia de rezerva a elementului respectiv.8.4. PROTECTIA PRIN SIGURANTE FUZIBILESigurantele fuzibile sunt cele mai simple aparate de protectie a instalatiilor electrice impotriva supracurentilor (de suprasarcina si scurtcircuit).Sigurantele fuzibile functioneaza pe baza efectului termic a curentului, care face ca fuzibilul sa se topeasca in cazul in care valoarea curentului care il parcurge depaseste valoarea curentului nominal al circuitului in care este instalat. In felul acesta, siguranta intrerupe circuitul inainte ca temperatura conductoarelor sau a bobinajelor masinilor aparatelor sa atinga valori care ar distruge izolatia acestora.Sigurantele fuzibile au doua parti principale: soclul sigurantei (cadrul) si fuzibilul.Soclul sigurantei se caracterizeaza prin:- tensiunea nominala, in functie de care se dimensioneaza izolatia;]- curentul nominal, in functie de care se dimensioneaza partile conducatoare de curent; acesta reprezinta cel mai mare dintre curentii nominali ai fuzibilelor destinate acestuia.Curentul nominal al fuzibilului reprezinta curentul maxim care trecand prin fuzibil timp nelimitat, nu produce topirea acestuia Functionarea unui fuzibil este caracterizata de o curba denumita caracteristica de protectie a sigurantei, care reprezinta variatia timpului de intrerupere a circuitului in functie de raportul I/ In (dintre curentul care trece prin fuzibil si curentul nominal al acestuia) adica t =f(I/In)Protectia prin siguranta fuzibila se utilizeaza atat in instalatii de medie tensiune, pana la 35 kV, cat si in instalatii de joasa tensiune.Sigurantele pot fi utilizate pentru protectia contra scurtcircuitelor a liniilor de plecare, a transformatoarelor de forta, a bateriilor de condensatoare, a transformatoarelor de tensiune etc., in cazurile cand au parametrii necesari (tensiunea si curenti nominali, puterea de rupere) precum si daca pot asigura selectivitatea si sensibilitatea necesara.La alegerea sigurantelor trebuie sa se asigure selectivitatea atat intre sigurantele situate in diferite trepte cat si intre siguranta si protectia prin relee situata spre sursa de alimentare. Deoarece este greu sa fie indeplinite corect conditiile de mai sus, sigurantele se folosesc mai des pentru protejarea ultimului element al retelei de inalta tensiune (de la sursa spre consumator), a transformatoarelor din posturile de transformare, a transformatoarelor de servicii interne ale statiilor, a fiderilor, a liniilor electrice de joasa tensiune, a transformatoarelor de tensiune etc.Daca se adopta protectia prin sigurante, acestea trebuiesc prevazute pe toate fazele elementului protejat.8.5. TIPURI DE PROTECTII UTILIZATE LA DIFERITE ECHIPAMENTE ELECTRICE

8.5.1Protecia reelelor electrice

Majoritatea defectelor din instalatiile electrice apar la retelele electrice: la liniile electrice aeriene, datorita lungimii mari si a conditiilor in care functioneaza, determinate de supratensiuni atmosferice, spargerea izolatoarelor, ruperea conductoarelor, atingerea acestora intre ele sau cu pamantul, ruperea stalpilor etc.; La linii electrice in cablu, defecte constand in deteriorarea izolatiei din cauza imbatranirii in timp a acesteia sau a unor cauze exterioare, lovirea cablurilor in montaj sau in exploatare, patrunderea umezelii, supratensiunile de comutatie etc.La conceperea protectiei retelelor electrice se porneste de la faptul ca, spre deosebire de cazul masinilor electrice, defectele care apar in retele nu pot duce, in majoritatea cazurilor, la defectari de mare amploare dar efectele lor asupra functionarii sistemului energetic poate fi deosebit de grave. Astfel, un scurtcircuit trecator pe o linie de inalta tensiune, in aproprierea unei centrale de mare putere, care prin el insusi nu determina nici o deteriorare, poate duce, in cazul in care nu este deconectat selectiv si rapid, la iesire din paralel a centralei din apropriere si apoi a altor centrale legate de aceasta si astfel la intreruperea de lunga durata a alimentarii unui mare numar de consumatori. De asemenea, inlaturarea unui defect prin protectie, chiar rapida dar neselectiva, poate duce, prin declansarea unor linii neatinse de defect.Exista doua principii importante:

- elaborarea unei concepii n domeniul proteciei prin relee care s limiteze efectele de distrugere a aparatelor i transmiterea unor tensiuni periculoase la consumatori de joas tensiune;

- dezvoltarea tehnologic permite abordarea cu succes a proteciilor complexe n joasa tensiune, din punct de vedere tehnic i economic.

n principal protecia reelelor electrice are rolul de a limita la maximum efectele unui defect pe o linie aerian sau n cablu, asupra funcionrii restului retelei. Aceast condiie implic dou proprieti eseniale:

- o mare selectivitate a proteciei;

- rapiditatea acionrii proteciei, pentru limitarea deteriorrilor.

Apariia scurtcircuitelor n reelele electrice creaza un sistem dezechilibrat caracterizat prin variaia important a dou mrimi:creterea curentului n partea de reea care alimenteaz defectul; respectiv scderea tensiunii n reea

Pe analiza sistemului trifazat dezechilibrat i prelucrarea acestor informaii, pe stabilirea locului i caracterului defectului se bazeaza funcionarea proteciei reelelor electrice.

8.5.1.1Protecia maximal

Este cea mai utilizat protecie n reele electrice, avnd trei caliti incontestabile: ieftin, simpl i sigur n funcionare.

Protecia maximal temporizat, cu caracteristica independenta este utilizat n reele radiale alimentate de la un singur capt. Aceasta acioneaz n cazul creterii peste o anumit valoare a curentului pe linia protejat. Ea este utilizat att mpotriva scutcircuitelor polifazate/monofazate ct i a suprasarcinilor. n general acest tip de protecie se realizeaz prin relee maximale electromagnetice, care, fiind excitate de curentul de defect, excita un releu de timp, care dup un timp reglat, comand declanarea. O caracteristic important o reprezint faptul c temporizarea cu care acioneaz este constant i independent de valoarea curentului de defect. Curentul de pornire al proteciei trebuie s fie deci mai mic dect cel mai mic curent de scurtcircuit posibil, n cazul unui defect situat la captul liniei protejate. Cu ct acest curent minim de scurtcircuit este mai mare dect curentul de pornire al proteciei, cu att protecia este mai sensibil.

Protecia maximal cu caracteristic independent se compune din dou elemente principale:

- un element de pornire, care const dintr-un releu maximal de curent de tip electromagnetic, cu acionare instantanee, care pune protecia n funciune n cazul cnd curentul care-l strbate depete o anumit valoare;

- un element de temporizare, care const dintr-un releu de timp al crui mecanism de ceasornic, care creeaz temporizarea dorit, acioneaz numai dac elementul de pornire este excitat i i menine contactele nchise.

Fig. 8.15. - Schema de principiu a proteciei maximale temporizate cu

caracteristic independentValoarea curentului de pornire al proteciei maximale cu caracteristic independent se alege, n general, astfel nct, fiind pe ct posibil mai sensibil (adic sesiznd chiar cureni mici de defect) aceasta s nu conduc totui la declanri nedorite, sub influena curentului de sarcin maxim posibil. Pornindu-se de la acest principiu, formula general de alegere a curentului de pornire al proteciei maximale cu caracteristic independent este:

,

unde: Isarc.max este curentul de sarcin maxim posibil al liniei respective;

krev este coeficientul de revenire al releului folosit (care, dup cum se tie, este subunitar);

ksig este coeficientul de siguran, care se alege de 1,15-1,25 i se ine seama de erorile posibile n funcionarea releului sau n aprecierea curentului de sarcin.

Prin utilizarea acestei protecii apare ns o temporizare mare n lichidarea defectelor din apropierea surselor. Este evident c, cu ct defectul este mai apropiat de sursele de energie, cu att curentul de scurtcircuit este mai mare i deci solicitrile instalaiilor sunt mai mari.

Protecia maximal temporizat, cu caracteristica dependenta realizeaz deconectarea cu att mai rapid cu ct curentul de scurtcircuit este mai mare. Aceste relee rezolv problema deconectrii cu att mai rapide cu ct defectul este mai apropiat de surs. Diagrama de acionare este una apropiat ca i form de o hiperbol. Temporizarea proteciilor se alege cresctoare de la staia cea mai ndepartat ctre surs, dar la stabilirea temporizrii n fiecare punct se ine seama i de curentul de scurtcircuit, pentru c timpul de acionare al releelor depinde de acesta. Avantajele menionate sunt reale nsa ele funcioneaz doar dac caracteristicile reelei sunt de aa natur nct s utilizeze aceast protecie pe caracteristica ei dependenta. Acest lucru prezint un mare dezavantaj de adapare i flexibilitate care nsumat cu anumite probleme constructive (inerie mecanic a discului releelor) creaz un spectru redus de utilizare.

Protecia cu tiere de curent const practic n folosirea unor protecii maximale rapide realizate tot cu relee maximale cu caracteristica independenta dar la care valoarea curentului de acionare acoper ca i protejare doar o poriune de linie dinainte reglat. Astfel protecia nu acioneaza n cazul defectelor situate dincolo de captul liniei protejate i prin aceasta nu exist pericolul unei declanri neselective. Datorit faptului c modelarea caracteristicii proteciei n ceea ce privete cerinele diverselor evenimente de gestionat poate s considere aceast protecie ca insensibil.

Practic se poate utiliza cu succes o protecie cu tiere rapid cumulat cu o protecie maximal temporizat cu caracteristica independenta care formeaz o protecie maximal n dou trepte.

Protecia maximal direcional a aprut ca o necesitate pentru protejarea reelelor electrice alimentate de la ambele capete. Noutatea const n aceea c pentru realizarea selectivitatii proteciei este necesar introducerea unui nou criteriu pe baza cruia s se produc declanarea, n afara celui al curentului mrit, adic sensul n care circul curentul sau altfel spus puterea spre defect.

Schema principal (pentru o singur faz) a proteciei maximale direcionale a unei linii este:

Fig. 8.16. - Schema de principiu a unei protecii maximale

Dup cum se observ, pentru ca releul de timp 3 s fie excitat i s comande, dup timpul reglat, declanarea ntreruptorului I, este necesar ca att curentul s depeasc valoarea reglat i deci releul maximal 1 s-i nchid contactele, ct i ca sensul de scurgere a puterii de scurtcircuit s fie de la bare spre linie, i deci releul direcional 2 s-i nchid contactele.8.5.1.2 Protecia mpotriva scurtcircuitelor monofazate n reelele cu punctul neutru legat direct la pmnt. Deteriorarea izolaiei fa de pmnt a unei faze constituie un scurtcircuit monofazat, care are ca urmare creterea important a curentului i scderea tensiunii pe faza respectiv. Curentul de scurtcircuit monofazat este adesea mai mic dect curenii de scurtcircuit bifazat ori trifazat, iar protecia maximal obinuit, care trebuie reglat la valori superioare curentului de sarcin poate sa nu sesizeze asemenea defecte.

Schema principal a acestei protecii, numit i protecie homopolar este:

Fig. 8.17. - Schema de principiu a unei protecii maximale homopolare

Aceast protecie const de fapt dintr-o protecie maximal obinuit alimentat de la nfurrile secundare legate n paralel ale transformatoarelor de curent ale celor trei faze ale liniei protejate, care formeaz un filtru de secven homopolar. Curentul care alimenteaz protecia reprezint suma curenilor de pe cele trei faze, adic tocmai curentul homopolar al liniei respective. n funcionare normal, neexistnd curent homopolar, curentul care parcurge protecia este practic nul. Din acest motiv protecia poate fi reglat foarte sensibil. Pentru alimentarea proteciei homopolare nu sunt necesare transformatoare de curent speciale, care s formeze filtrul de secven homopolar ci pot fi utilizate transformatoare care alimenteaz celelalte protecii.

8.5.1.3 Protecia mpotriva punerilor la pmnt n reele cu neutrul izolat sau compensate. n astfel de reele apariia unei puneri la pmnt determin o modificare a tensiunilor fa de pmnt a tuturor fazelor i a punctului neutru a reelei: tensiunea fa de pmnt a fazei defecte devine nul, fazele sntoase ajung s creasc de la valoarea tensiunii de faz iniiale la valoarea tensiunii de linie, iar neutrul care iniial a avut potentialul pmntului, atinge acum fa de potenialul pmntului o valoare egal cu tensiunea de faz (tensiunea fazei defecte) vectorial avnd un sens contrar acesteia.

n cazul LEA, pe fiecare linie cu ieire aerian se monteaz un filtru de curent cu secven homopolar 1 format din trei transformatoare de curent pe care se conecteaz un releu maximal de curent sensibil 2. Temporizarea se realizeaz prin releul de timp 3 iar semnalizarea acionrii proteciei prin releul de semnalizare 4. n aceast schem, prin releu circul cureni de defect numai n cazul punerilor la pmnt.

Fig. 8.18. - Schema proteciei maximale de curent homopolar contra punerilor la pmnt a unei linii aeriene

n condiii normale, n cazul suprasarcinilor i al scurtcircuitelor tri- i bifazate, prin releu circul numai curentul de dezechilibru determinat de deosebirile dintre caracteristicile transformatoarelor de curent.

Curentul de pornire al proteciei se alege, de asemenea din condiiile de sensibilitate i selectivitate date mai nainte ns lundu-se n considerare i curentul de dezechilibru care poate avea valoarea maxim fie la funcionarea cu sarcin maxim a liniei protejate, fie la apariia unui scurtcircuit exterior liniei protejate, concomitent cu o punere la pmnt, pe o alt linie, n care caz protecia trebuie s rmn selectiv.

Curenii de scurtcircuit au valori reduse comparativ cu scurtcircuitele monofazate din reele cu neutrul legat direct la pmnt. n mod normal curenii prin locul de defect pot fi redui la valori de civa amperi, motiv pentru care dac sunt ndeplinite condiiile de stabilitate termic a prizelor de pmnt i tensiunea de pas i de atingere, reelele cu neutrul izolat sau compensate pot funciona un timp mai ndelungat cu o punere la pmnt. Proteciile utilizate pentru detectarea punerilor la pmnt au ca principiu de baz analizarea curentului de punere la pmnt. Curentul de defect este foarte mic comparativ cu curenii de sarcin, este nevoie de o protecie foarte sensibil, dar care s nu reacioneze la curenii de sarcin. Cel mai adesea se utilizeaz o protecie maximal de curent alimentat de curentul homopolar al liniei protejate, prin intermediul unui filtru de curent de secven homopolar.

8.5.1.4 Protecia de distan reuete s rspund la cerine la care practic nu pot rspunde alte tipuri de protecii, ceea ce o face s fie larg rspndit. Protecia de distan comand declanarea ntreruptorului liniei protejate cu o temporizare care este cu att mai mare cu ct distana pna la defect este mai mare. Caracteristica variaiei timpului funcie de distan, care se utilizeaz la proteciile de distan este una de tip caracteristic n trepte. Aceasta caracteristic n trepte este superioar celei n pant deoarece permite o mai bun ealonare a caracteristicilor proteciilor diferitelor linii dintr-o reea i duce n general la timpi de deconectare mai mici. Un releu de distan cu o asemenea caracteristic are n general trei-patru timpi de acionare, fiecare corespunznd unor anumite distane la defect. Alegerea parametrilor de acionare pentru proteciile de distan este de o importan major, fiind necesar o analiz amnunit a diverselor regimuri de defect i de sarcin posibil, pentru a se asigura att o sensibilitate corespunzatoare, ct i o capacitate de transport care s mpiedice extinderile de avarii prin declanri la suprasarcin.

Fig. 8.19. - Schema bloc a proteciei de distan

Protecia de distan este racordat la nfurrile secundare ale transformatoarelor de curent i de tensiune. La apariia unui defect, intr n funciune elementele de pornire din P. Releele intermediare excitate de acestea (din BI1 i BI2) aleg, n funcie de felul defectului, tensiunile i cderile de tensiune produse de cureni n rezistenele R, care sa aplic elementului direcional D i celui de msurare Z, pentru a se determina corect direcia i distana. Tensiunea aplicat elementului de msurare Z este micorat succesiv, la anumite intrevale de timp, prin intermediul elementului de timp T.

Comanda de declanare se transmite prin releul final RF, n momentul n care sunt nchise simultan contactele elementului de msurare Z, ale elementului direcional D i ale dispozitivului de blocare contra pendulrilor (reprezentat ntr-un chenar punctat, ntruct nu toate proteciile l conin, iar racordarea lui la ansamblul proteciei se face n diferite feluri).

Din cele expuse mai sus au rezultat pricipiile care stau la baza realizrii unor protecii de distan i a elementelor lor componente. Pentru nelegerea modului n care funcioneaz instalaia complex pe care o reprezint protecia de distan, precum i modul n care trebuie efectuate alegerea i fixarea parametrilor de acionare ai aceteia, care constituie operaii mai complicate dect n cazul releelor maximale de curent.

Acest tip de protecie poate fi folosit n orice reea, indiferent de configuraia acesteia. Ea prezint o serie de caliti importante dintre care enumerm selectivitatea, deconectarea rapid a defectelor apropiate i independena acionrii fa de configuraia i regimul reelei. Ca i dezavantaje menionm deconectarea unor defecte pe trepte de timp superioare fapt care poate duce la valori inadmisibile din considerente de stabilitate a sistemului energetic. De asemenea la linii lungi i foarte ncrcate alegerea unui reglaj al elementelor de pornire duce la micorarea sensibilitii proteciei. Din punct de vedere constructiv protecia de distan este un dispozitiv complicat, coninnd multe relee i contacte, a cror acionare ntr-o anumit succesiune condiioneaz buna ei funcionare.

8.5.1.5 Protecia comparativ longitudinal este cea care reuete s remedieze dezavantajele pe care le prezint alte tipuri de protecii folosite n reele. Aceast protecie asigur deconectarea simultan de la ambele capete a liniei defecte, oriunde s-ar produce defectul. Selectivitatea ei deosebit i rapiditatea au fcut ca ea sa fie utilizat de mult timp. Limitarea ei la linii scurte se datoreaz n special costurilor ridicate. Dezvoltarea tehnologic precum i condiiile deosebite care se pun proteciei, n special n ce privete selectivitatea i rapiditatea, determin totui folosirea ei pe scar larg. Funcional aceast protecie aa cum i spune i numele const n aceea c ea comand declanarea liniei pe baza comparrii unor mrimi de la cele dou capete ale liniei, mrimi ntre care n cazul apariiei unui defect, exist o anumit relaie determinat. Pentru realizarea comparaiei sau a transmiterii comenzii, este necesar ntotdeauna o legatur ntre cele dou capete ale linei, care poate fi de tip cablu electric, linie de telecomunicaii, canal de nalt frecven care utilizeaz conductoarele liniei protejate, canal de radiofrecven sau fibr optic. Cel mai utilizat tip de protecie comparativ longitudinal este protecia comparativ de curent sau cum i se mai spune protecia diferenial longitudinal PDL. n fapt curenii secundari ai transformatoarelor de curent de la cele dou capete sunt comparai ntre ei, ca valoare i faz, iar aceast comparaie permite ca la orice protecie diferenial, determinarea poziiei defectului, n interiorul ori exteriorul liniei protejate. Pentru compararea curenilor secundari sunt necesare interfee corespunztoare la cele dou capete ale liniei. ntr-o funcionare normal ori n cazul defectelor exterioare, curenii la cele dou capete ale liniei sunt egali ca valoare i au acelai sens deci prin releele difereniale nu circul nici un curent. La apariia unui defect pe linie, sensurile celor doi curenti sunt opuse, fiind condiii de deconectare a liniei.

n schema electric, transformatoarele de curent de la cele dou capete se leag ntre ele prin circuitele auxiliare astfel nct tensiunile lor electromotoare s fie n opoziie (se leag ntre ele bornele avnd acelai indice). n funcionarea normal i n cazul scurtcircuitelor exterioare, cele dou tensiuni electromotoare din secundarele transformatoarelor de curent de la cele dou capete sunt egale i n opoziie (sgeile trasate continuu), deci prin releele difereniale nu trece nici un curent. La apariia unui defect pe linie ns, dimpotriv, acestea sunt de acelai sens (sgeile punctate) sau una dintre ele dispare n cazul alimentrii de la un singur capt, deci prin releele difereniale trece curent i acestea comand declanarea.

Fig. 8.20- Protecia diferenial longitudinal cu trei conductoare auxiliare

Trebuie observat c, n cazul schemei cu dou conductoare auxiliare, n funcionare normal, prin nfurrile secundare ale transformatoarelor de curent folosite pentru protecie nu circul nici un curent i deci acestea funcioneaz n gol, ceea ce nu este admisibil. Datorit acestui fapt, n schemele reale se prevd transformatoarele intermediare, special construite (care pot funciona n gol), prin care transformatoarele de curent principale alimenteaz schema proteciei.

Alegerea caracteristicilor proteciei comparative longitudinale este determinat de condiiile reelei respective, lungimea reelei protejate, de proteciile existente i de timpul de deconectare necesar din punct de vedere al stabilitii.8.5.2. Protectia transformatoarelor, autotransformatoarelor si: blocurilor linie - transformatorTransformatoarele si autotransformatoarele trebuie prevazute cu protectii contra defectelor interne si a regimurilor anormale de functionare cauzate de defecte exterioare din retea. Defectele interne ale transformatoarelor sunt: scurtcircuite polifazate in infasurari si la borne, scurtcircuite intre spirele aceleiasi faze, atingeri la masa ale infasurarii sau ale bornelor, contacte imperfecte etc.; transformatoarele care au punctul neutru legat direct la pamant, atingerea la masa a unei faze reprezinta un scurtcircuit monofazat.Regimurile anormale care perturba cel mai des functionarea transformatoarelor sunt supracurentii; acestia sunt provocati de scurtcircuite exterioare sau de suprasarcini.Contra scurtcircuitelor interne sau la borne, transformatorul trebuie sa fie echipat cu protectii care sa actioneze sigur si cat mai rapid (protectia de gaze, diferentiala, cu taiere de curent si maximala de curent temporizata comandand declansarea tuturor intreruptoarelor transformatorului.

Scurtcircuitele care au loc pe barele la care sunt racordate transformatoarele si care sunt alimentate de acestea sau pe liniile care pleaca de la aceste bare si care nu au fost deconectate de protectiile proprii, provoaca in transformatoare supracurenti care, in cazul cand depasesc o anumita durata, functie de valoarea curentilor de scurtcircuit, devin periculosi pentru integritatea infasurarilor.Pentru eliminarea acestor defecte produse de cauze exterioare, transformatoarele trebuie prevazute cu protectii maximale temporizate de curent. Aceste protectii trebuie sa indeplineasca urmatoarele conditii: sa deosebeasca un supracurent provocat de un scurtcircuit de o suprasarcina care poate fi suportata un timp mai indelungat de catre transformator, sa fie sensibila la orice scurtcircuit care ar putea avea loc pe liniile alimentate de la barele transformatorului, sa fie suficient de rapida. La unitati mari, peste 100 MVA, in special autotransformatoare prin care se efectueaza interconexiuni intre retele de inalta si foarte inalta tensiune, se folosesc protectii de distanta care indeplinesc mai multe conditii mentionate anterior.In afara protectiei impotriva scurtcircuitelor exterioare, protectiile maximale temporizate sau protectiile de distanta indeplinesc si rolul de rezerva a protectiilor impotriva defectelor interne.Protectia de gaze este o protectie contra defectelor interne la transformatoare cu ulei. Elementele componente si principiul de functionare au fost prezentate in capitolul 8.3.9.Protectia diferentiala, ca si completare a protectiei de gaze, se utilizeaza pe scara larga contra scurtcircuitelor interne si la bornele transformatorului. In zona sa de actionare intra si legaturile prin cablu sau bare intre transformatorul de putere si transformatoarele de curent. Principiul de functionare al acestui tip de protectie a fost prezentat anterior.Realizarea protectiei diferentiale longitudinale la transformatoare are cateva particularitati care se refera la existenta unui curent de magnetizare, la diferenta de faza intre curentii primari si ai diferitelor infasurari, la inegalitatea curentilor secundari ai diferitelor infasurari si la existenta unui curent de dezechilibru relativ mare.Dintre diferitele tipuri de protectii diferentiale cele mai frecvent utilizate sunt: protectia diferentiala cu relee de curent legate direct, cunoscuta sub numele de protectie diferentiala cu taiere de curent; protectia diferentiala cu transformatoare cu saturatie rapida; protectia diferentiala cu actiune de franare.Fata de protectia de gaze, protectia diferentiala prezinta avantajul ca asigura deconectarea rapida si selectiva a intrerupatoarelor atat in cazul defectelor interne cat si in cazul scurtcircuitelor la borne sau pe circuitele de legatura.Realizarea unei protectii diferentiale care sa satisfaca toate conditiile de selectivitate, sensibilitate si rapiditate, mai ales la transformatoarele cu reglaj sub sarcina, cu mai multe infasurari si cu surse multiple, necesita masuri complicate si scumpesc protectia. Acestea constituie dezavantaje ale protectiei diferentiale care au determinat cautarea unor solutii mai simple.Protectia de cuva impotriva defectelor interne cu punere la pamant. O mare parte a defectelor din transformatoare, chiar scurtcircuitul intre spire in unele cazuri, sunt insotite de distrugerea izolatiei fata de masa (cuva sau miezul de fier). Prin legatura stabilita accidental intre partile conducatoare aflate sub tensiune ale transformatorului si partile metalice legate la priza de pamant circula un curent a carui aparitie sta la baza principiului de functionare al protectiei de cuva.Curentul de inchidere la pamant va avea o marime care depinde, in primul rand, de urmatorii factori: modul de tratare a neutrului retelelor la care este racordat transfonnatorul, regimul de functionare al neutrelor infasurarilor transformatorului si locul defectului la pamant (sau la masa) interior sau exterior transformatorului.Protectia de cuva nu este sensibila decat la defectele pe partea infasurarii cu neutrul legat la pamant; acesta este, de exemplu,cazul transformatorului de 110-400 kV din sistemul nostru energetic.Schema de principiu a protectiei este reprezentata in figura 8.21. aceasta consta dintr-un transformator de curent 1, inserat pe legatura cuva si priza de pamant, in al carui secundar este legat releul maximal de curent 2. Acesta actioneaza netemporizat asupra releului intermediar de declansare a intreruptoarelor transformatorului. Cuva si celelalte parti metalice legate organic de ea sunt izolate fata de pamant cu piesele izolatoare 3.Protectia maximala cu taiere de curent este folosita tot scurtcircuitelor interne, pentru completarea protectiei de gaze a transformatoarelor cu putere sub 10 MVA, neechipate cu prot. diferentiala, si a caror protectie maximala temporizata nu poate fi reglata la un timp de actionare suficient de scurt (de obicei sub 1 secunda) care asigure conditiile de rapiditate si selectivitate ale protectiei in ansamblu.

Figura 8.21. Protectia de cuva a unui transformator impotriva defectelor interioareProtectia de taiere de curent este o protectie maximala reglata in functie de curentul de scurtcircuit la capatul elementului protejat, Ea se instaleaza pe toate cele trei faze, daca transformatorul protejat este alimentat la o retea cu neutrul legal la pamant, sau pe doua faze, daca reteaua de alimentare are neutrul izolat.Protectia maximala de curent temporizata. In figura 8.22.a este prezentata schema de protectie maximala de curent la un transformator cu douainfasurari

Figura 8.22. Schema de principiu a protectiei maximale de curent a unui transformator a) fara blocaj de tensiune minima; b) cu blocaj de tensiune minimaSchema este realizata cu relee de curent 1, releul de timp 2, releul de semnalizare a functionarii 3 si releul intermediar 4, care, in general, comanda declansarea tuturor intreruptoarelor.In retele care functioneaza cu punctul neutru legat direct la pamant se utilizeaza schema cu trei relee de curent iar in retele cu punctul neutru izolat sau necompensat se foloseste schema cu doua relee de curent. Protectia maximala de curent cu blocaj de tensiune minima; Blocajul de tensiune are rolul de a impiedica actionarea protectiei maximale in cazul suprasarcinilor care nu provoaca, odata cu cresterea curentilor, si scadere insemnata a tensiunii.Schema de principiu (pe o faza) a protectiei maximale de curent si blocaj de tensiune minima este aratata la figura 8.22.b.Protectia maximala de curent sau de tensiune de secventa homopolara. Transformatoarele care au o infasurare in stea cu neutrul direct la pamant (cazul retelelor de 0.4 kV si 110 - 400 kV) trebuie sa fie echipate cu o protectie sensibila, impotriva scurtcircuitelor monofazate, in cazul in care si la cealalta infasurare a transformatorului este conectata o sursa care poate alimenta defectul. Aceasta protectie are rolul de rezerva atat a protectiilor liniilor, in cazul cand scurtcircuitele au loc in retea, cat si a protectiilor de gaze si diferentiala, in cazul cand scurtcircuitele au loc in transformator.

La transformatoarele coboratoare care alimenteaza retele de 0.4 kv rolul acestei protectii poate fi indeplinit de catre protectia maximala obisnuita, de pe partea alimentarii, daca sensibilitatea ei fata de scurtcircuitele monofazate din reteaua alimentata este suficienta sau desigurantele sau intreruptoarele automate de pe parte de 0,4 kV. In caz contrar se poate folosi o protectie de curent homopolar realizata cu un releu de curent sau un releu de timp (sau cu un releu maximal temporizat de inductie tip RTpC) conectat la un transformator de curent instalat pe conductorul de nul al partii de 0,4 kV - figura 8.23. La transformatoarele conectate la retele de 110 - 400 kV, protectia impotriva scurtcircuitelor monofazate este temporizata si poate fi realizata pe baza de curent sau de tensiune homopolara. Ea trebuie sa comande declansarea intreruptoarelor de pe partea de 110-400 kV si de pe partea sursei.Schema de principiu a protectiei maximale de curent de secventa homopolara,temporizata, este prezentat, in figura 8.23, iar

Figura 8.23. Protectiamaximala de curent desecvenja homopolara laun transformator cu douainfasurariFigura 8.24. Protectia maximalade curent de secvenfa homopolarala un autotransformator

La autotransformatoare trebuie prevazute protectii de curent homopolar pe ambele parti ale infasurarii asa cum se prezinta in figura 8.24

.Protectia de distanta. La transformatoarele, dar mai ales la autotransformatoarele prin care se interconecteaza retelele de transport de tensiuni diferite (110-750 kV), realizarea protectiei de rezerva cu ajutorul unei protectii maximale de curent temporizate prezinta dificultati deosebite din punct de vedere al posibilitatilor de reglaj. De aceea, in astfel de cazuri, in special pentru autotransformatoare, s-a extins folosirea protectiei de distanta. Protectia contra suprasarcinilor. Capacitatea de supraincarcare a transformatoarelor, ca durata si marime, este precizata in normele interne sau cataloagele de fabricate, fiind in functie de materialul infasurarilor, sistemul de racire si sarcina anterioara. Transformatoarele la care, datorita conditiilor de exploatare, sunt posibile suprasarcini. trebuie prevazuta o protectie speciala contra suprasarcinilor pentru ca personalul de exploatare sa fie prevenit asupra aparitiei acestora. Aceasta consta dintr-un singur releu de curent. Pentru ca protectia sa nu actioneze si in cazul scurtcircuitelor sau al socurilor de curent, releul de curent comanda semnalizarea printr-un releu de timp, reglat de obicei la 10 secunde. La transformatoarele din statiile fara personal permanent de exploatare, la care sunt posibile suprasarcini care depasesc limitele admise, protectia comanda declansarea intreruptoarelor transformatorului.Protectia de semnalizare a supratemperaturii Transformatoarele de putere, de la 10 MVA in sus, sunt prevazute protectie de semnalizare a supratemperaturilor. Se pot monta protectii si pentru transformatoarele de puteri mai mici.Initial aceste protectii au avut ca element de pornire termometre cu contact; in prezent, sunt utilizate tot mai des termometre electronice. majoritatea cazurilor, ele au rolul de a comanda automatizarea de pornire \ oprire a instalatiei de racire fortata a transformatorului.In statiile de transformare fara personal permanent de exploatare aceste protectii vor putea comanda declansarea temporizata a intreruptoarelor transformatoarelor printr-un releu de timp cu o gama larga de reglaj.Protectia impotriva ramanerii in regim incomplet de faze. cazul transformatoarelor echipate cu intreruptoare cu actionare separata pol, in cazul ramanerii in incomplet de faza (adica nu toti polii sunt inchisi sau deschisi), aceasta protectie comanda (temporizat) declansarea fiecarei faze a intreruptorului.Protectia transformatoarelor cu sigurante fuzibile. In cazul transformatoarelor coboratoare cu puteri de maxim 1000 kVA si tensiunea secundara sub 1 kV se recomanda prevederea unei protectii cu sigurante fuzibile, instalata pe partea tensiunii superioare.Sigurantele pot fi utilizate pentru protectia contra scurtcircuitelor si suprasarcinilor.In cazul transformatoarelor de forta, atat pe partea de inalta tensiune cat si pe cea de joasa tensiune, prin sigurante fuzibile este necesar: sa se asigure selectivitatea intre protectia prin relee a liniei de alimentare si sigurantele de inalta tensiune: in toate cazurile de scurtcircuit pe partea de inalta tensiune a transformatorului timpul total de topire a fuzibilelor sigurantei trebuie sa fie mai mic decat timpul de actionare al protectiei prin relee din amonte; sa se asigure selectivitate intre sigurantele de inalta tensiune si cele de joasa tensiune ale transformatorului, in cazul unui scurtcircuit in reteaua de joasa tensiune.Trebuie sa se tina seama ca sigurantele de joasa tensiune protejeaza transformatorul atat impotriva suprasarcinilor cat si a scurtcircuitelor din retea de joasa tensiune, iar sigurantele de inalta tensiune protejeaza transformatorul impotriva scurtcircuitelor la borne si in interiorul transformatorului. Timpul total de topire a sigurantelor de joasa tensiune trebuie sa fie mai mic decat cel al sigurantei de inalta tensiune.Curentii nominali ai fuzibilelor sigurantelor trebuie alesi astfel incat sigurantele sa nu se topeasca la socurile de curent care pot avea loc in exploatare (conectarea in gol al transformatoarelor etc.).La transformatoarele cu tensiune sub 1000 V care alimenteaza tabloul de distributie, se vor prevedea pe partea de joasa tensiune intreruptoare automate cu protectie temporizata sau sigurante fuzibile. Acestea se vor monta in tabloul respectiv, daca lungimea legaturii intre transformator si tablou nu depaseste 30 m, si in apropierea nemijlocita a transformatorului, daca lungimea legaturii intre transformator si tablou depaseste 30 m. Se admite instalarea acestor aparate in tablou indiferent de lungimea legaturii, cu conditia prevederii unei protectii de curent homopolar.La transformatoarele care alimenteaza retele buclate de joasa tensiune, se va prevedea o protectie de intoarcere de putere pe partea de joasa tensiune a transformatorului.Particularitati ale protectiei blocurilor linie - transformator. Sistemul de protectie al unui bloc linie-transformator (sau linie-autotransformator) se stabileste urmarind ca fiecare din elementele blocului sa fie prevazut cu protectie de baza proprie impotriva defectelor interne. Alegerea protectiilor de rezerva depinde in primul rand de regimul de functionare al blocului, ca legatura