PROTECTIA SI AUTOMATIZAREA INSTALAIILOR ENERGETICE Una din principalele condiii care se pun instalaiilor electrice este - aceea a siguranei n funcionare, - adic a alimentrii continue cu energie electric a consumatorilor. Aceasta este importan att datorit faptului c : - urmrile perturbaiilor n funcionare pot fi foarte grave, - instalaiile electrice sunt mai expuse deranjamentelor dect alte genuri de instalaii. Gravitatea urmrilor perturbaiilor provine:

din faptul c, un defect aprut ntr-un loc al sistemului electroenergetic poate afecta funcionarea ntregului sistem,

1.1. OBIECTUL CURSULUI Cursul de protectii are ca obiect : - Studiul defectelor si a regimurilor anormale; - Pricipalele performante impuse instalatiilor de protectie si automatizare; - Principiile de realizare a protectiilor si principalele tipuri de protectii;

Cursul de protectii are ca obiect : - Sistemele de protectie utilizate in cazul pricipalelor obiecte ale sistemelor electrice: -generatoare, -transformatoare, -bare colectoare, -linii electrice, -motoare electrice; Cursul de protectii are ca obiect : - Modalitati de analiza a avariilor din sistemele electrice si raspunsul protectiilor si automatizarilor - Tendintele actuale si politicile din domeniul protectiilor si automatizarilor din sistemele electroenergetice 1.2. DEFINIII Protecia prin relee a unei instalaii electrice este totalitatea aparatelor i dispozitivelor destinate s asigure n mod automat deconectarea instalaiei n cazul apariiei unui defect sau regim anormal de funcionare, periculos pentru instalaie; 1

In cazul defectelor si regimurilor anormale care nu prezint un pericol imediat, protecia prin relee nu comand deconectarea instalaiei, ci semnalizeaz apariia regimului anormal.

Rolul principal al proteciei prin relee i al automatizrilor const n: -limitarea efectelor avariilor -n asigurarea alimentrii fr ntrerupere cu energie electric a consumatorilor Deconectarea se efectueaz prin -comanda declanrii ntreruptoarelor care leag echipamentul protejat (EP) la celelalte elemente ale sistemului energetic (SE). Separarea automat a instalaiei defecte de restul sistemului electric (SE) urmrete trei obiective : S mpiedice dezvoltarea defectului, respectiv extinderea efectelor acestuia cu afectarea altor instalaii din sistemul electric (SE). S prentmpine distrugerea instalaiei n care a aprut defectul, prin ntreruperea rapid a tuturor posibilitilor de alimentare a defectului. S stabileasc un regim normal de funcionare pentru restul sistemului electric, asigurnd astfel n condiii ct mai bune continuitatea alimentrii consumatorilor.

1.2 Criterii de performan impuse proteciilor prin relee Dintre criteriile de performan amintim: rapiditatea, selectivitatea, sensibilitatea, sigurana n funcionare, adaptabilitatea independena fa de condiiile exploatrii, economicitatea. 1.2.1. Rapiditatea Rapiditatea este cea mai importante condiie pe care trebuie s o ndeplineasc o instalaie de protecie. Necesitatea unei acionri rapide rezult din pericolele pe care le prezint ntrzierea lichidrii scurtcircuitelor, acestea provocnd prin efect termic si electrodinamic deteriorarea echipamentelor, scderi importante ale tensiunii i pierderea stabilitii funcionrii n paralel a centralelor electrice de sistem adica pierderea stabilitatii dinamice.

2

1.2.1.1.Efectul termic Pentru asigurarea stabilitii termice n timpul scurtcircuitelor, seciunea conductoarelor se calculeaz cu relaia: (1.1)

I S sc = t f , K

I

valoarea efectiv a curentului de scurtcircuit n regim staionar;

t f timpul fictiv, este timpul n care curentul avnd valoarea staionar a curentului de scurtcircuit ar degaja aceeai cantitate de cldur ca i curentul real de scurtcircuit, n timpul real de existen a acestuia; K constant cu valori cuprinse ntre 0,8 1. Pentru ca dimensionarea conductoarelor s se fac n condiii de funcionare normale (se calculeaz Sn pe baza densitii economice de curent), trebuie ca din relaia (1.1) s se procedeze la reducerea timpul fictiv tf, deci creterea rapiditii de acionare a proteciei, prin aceasta reducndu-se valoarea lui Ssc pn aproape de valoarea Sn.

1.2.1.2.Cderilor de tensiune Scurtcircuitele au drept consecin o cretere a cderilor de tensiune pe reactanele elementelor sistemului. Tensiunile remanente Urem, msurate pe barele serviciilor interne sau pe barele altor consumatori, se pot situa sub valorile tensiunilor de autopornire ale motoarelor electrice asincrone, utilizate n serviciile interne din centrale i la consumatori.

1.2.1.3.Influienta asupra stabilitatii dinamice

3

P

I

P=Pmaxsin

L1Afranare III Pturbina = ct II Aaccelerare GS S1 S1

A

L2

GS

sc

d

Fig. 1.1 Caracteristicile putere unghi pentru diverse momente ale evoluiei defectului

Puterea surselor n regim normal de funcionare, presupunnd c turbina funcioneaz la putere constant (dreapta Pturbin = ct), este reprezentat de curba I. n cazul unui scurtcircuit pe linia L1 n punctul K, curba de putere devine II iar dup lichidarea defectului, cnd rmne n funciune numai linia L2, puterea este reprezentat prin curba III. Cu ct defectul este lichidat mai rapid, cu att va fi mai mic unghiul decl (existent n momentul deconectrii liniei L1) corespunztor trecerii de pe caracteristica II pe caracteristica III. Ca urmare va crete aria de frnare Afrnare, reducndu-se aria de accelerare Aaccelerare, mbuntindu-se astfel condiiile de meninere a stabilitii. Lichidarea cu ntrziere a defectului provocat de funcionarea cu ntrziere a instalaiei de protecie, poate provoca pierderea stabilitii sistemului i ieirea din sincronism a centralelor. Valoarea unghiului decl. conduce n acest caz la o arie de accelerare mai mare dect aria de frnare Aaccelerare > Afrnare

Daca Aaccelerare < Afrnare REGIMUL ESTE STABIL, FIIND ASIGURATA STABILITATEA DINAMICA 4

Aaccelerare=Afrnare SISTEMUL ESTE LA LIMITA STABILITATII DINAMICE Aaccelerare > Afrnare REGIMUL ESTE INSTABIL, FIIND DEPASITA LIMITA DE STABILITATE DINAMICA

1.2.1.Rapiditatea Rapiditatea n acionare, constituie una din condiiile cele mai severe care se impune proteciei prin relee. Timpul de lichidare a unui defect td se compune din -timpul de acionare al proteciei tp i din -timpul propriu de declanare al ntreruptorului ti t d =t p + t i

Pentru reelele de foarte nalt tensiune (400 750 kV), timpul minim de deconectare td = 0,0150,1 sec. Pentru liniile de 110 220 kV care pleac din centralele termoelectrice, td = 0,120,3 sec, iar pentru reelele de distribuie td = 0,52 sec 1.2.2.SelectivitateaSelectivitatea const n proprietatea protecie de a deconecta numai elementul n care a aprut defectul, toate celelalte elemente ale sistemului rmnnd n funciune.

Dac acest lucru nu este posibil, atunci funcionarea trebuie s se produc cu deconectarea a ct mai puini consumatori.

Selectivitatea De exemplu, un scurtcircuit n punctul K de pe linia L3 (fig.1.2), poate fi lichidat de ntreruptoarele 5 i 7, n acest mod fiind ntrerupt alimentarea tuturor consumatorilor alimentai de pe bara D.

5

A

1

L1

2

B

3

L2

4

C

5

L3 K

6

7

L4

8

9

D

10

Fig. 1.2 Reea buclat

O asemenea lichidare a defectului arat o funcionare neselectiv a proteciei. Pentru o funcionare selectiv este necesar ca proteciile s comande declanarea numai a ntreruptoarelor 5 i 6, pstrndu-se astfel continuitatea n alimentare a consumatorilor de pe bara D, prin linia L4. Metodele de asigurare a selectivitii proteciilor sunt: temporizarea, direcionarea, reglajul modulului curentului

1.2.3.SensibilitateaSensibilitatea este proprietatea proteciei de a aciona la defecte sau regimuri anormale orict de mici.

Astfel o protecie maximal de curent va fi cu att mai sensibil, cu ct va aciona la abateri ct mai mici ale curentului fa de valoarea nominal din circuitul protejat.Sensibilitatea se apreciaz cantitativ prin coeficientul de sensibilitate ksens,M min k sens.impus M pp Coeficientul de sensibilitate pentru proteciilor maximale reprezint raportul dintre valoarea minim a parametrului controlat n cazul unui defect metalic la captul zonei protejate Mmin i valoarea de pornire a proteciei Mpp. Pentru proteciei maximale de curent k sens = k sens = I scc. min k sens.impus I pp

n care - I scc.min este valoarea minim posibil a componentei alternative a curentului, n cazul unui scurtcircuit metalic n zona protejat; - I pp valoarea curentului de pornire al proteciei. 6

Valorile coeficientului de sensibilitate K sens =1,2 - 2,5 fiind stabilite de normative.

ndeplinirea acestor condiii de sensibilitate este n multe cazuri dificil de realizat deoarece n reelele de nalt tensiune, cu linii de transport lungi i puternic ncrcate, in cazul unui defect deprtat de locul de montare al proteciei, curenii de scurtcircuit pot fi comparabili sau chiar mai mici dect curenii maximi de sarcin. n aceste cazuri este necesar utilizarea unor protecii complexe, cum ar fi proteciile de distan, etc. care deosebesc regimul de defect de regimul normal de funcionare prin intermediul altor indici, dect simpla cretere a curentului.Isc.min se obine pentru defecte la limita zonei protejate - pentru cazul n care puterea surselor este minim - pentru defecte de tip bifazat

De exemplu defectele de tip bifazat sunt sisizate cu ajutorul filtrelor de curent de secven invers.TCR

I

rel

=

I f +I f fh 1 i 3

R2

S T TCT

f

1

= 0 I rel = f (I i )

Z1

Z2

REL Irel

1.2.4. Siguranta in functionare sau securitatea SIGURANA N FUNCIONARE SAU SECURITATEA Este aptitudinea IPPR de a funciona cnd este necesar i numai cnd este necesar. Aceasta se traduce prin:

1. funcionare sigur cnd protecia trebuie s lucreze (defect primar real)

neacionare sigur cnd protecia nu trbuie s lucreze Adic protecia nu trebuie s aib refuzuri de acionare i nici funcionri intempestive.

Cu ct nivelul de tensiune i puterea crete cu att securitatea instalaiilor de protecie trebuie s fie mai mare.

1.2.5.Adaptabilitatea 1.2.6.Independenta fata de conditiile de functionare 7

ADAPTABILITATEA IPPR Prin adaptabilitatea IPPR se inelege capacitatea modificrii automate a parametrilor i reglajelor releelor in cazul modificrii circuitului protejat sau a regimurilor de funcionare ale obiectului protejat. INDEPENDENA FA DE CONDIIILE DE EXPLOATARE Este aptitudinea IPPR de a funciona corect independent de schema de conexiuni primar din momentul producerii defectului precum i de numrul generatoarelor (centralelor) aflate n funciune. Acionarea corect se verific pentru: regimul de maxim (selectivitatea) regimul de minim (sensibilitatea)

1.2.7.Eficacitatea economica EFICACITATEA ECONOMIC Este aptitudinea IPPR de a avea performane fiabilistice ( de securitate) ridicate n condiiile unor costuri minime.

Dac riscul de transmitere a unor rspunsuri eronate este Qadm, probabilitatea de a nu transmite rspunsuri eronate este: Radm = 1 - Qadm adm = admisibil

Probabilitatea ca IPPR s nu transmit rspunsuri eronate in intervalul (0,t) este : R ( T>t ) =e-er *t Dac alegem ntre dou tipuri de protecie avnd intensitile de transmitere a rspunsurilor eronate er1 i er 2 i costurile de achiziie C1 , respectiv C2 avem: R ( T1>t ) = e -er1 *t1 = Radm R ( T2>t ) = e -er2 *t2 = Radm Rezult: Timpii de utilizare : ln t1 = Radm

t

2

=

ln Radm

er1

er 2

Costul pe unitatea de timp de utilizare pn la nlocuire va fi:

C

n1

* = C1 = er1 C1 ln R adm t1

C

* = C 2 = er 2 C 2 n2 ln Radm t2

Dac: 8

C C C C

n1 n2

>1

- este mai economic s achiziionm protecia 2

n1 n2