PROTECTII PRIN RELEE : CLASICE SI NUMERICE

L4.Dispozitivul de protectie de c.a. SIPROTEC®4 7SJ63

-studiu, functii, reglaje, program de comunicare- 1.Descriere

Familia SIPROTEC® 4 este o familie de dispozitive numerice de protectie si comanda inovative cu interfete de comunicatie ce permit comanda si setarea parametrilor de la distanta si cu interfata de operare proiectata ergonomic si cu larga functionalitate.

Dispozitivele utilizeaza tehnici de masurare numerice, procesarea integral numerica a semnalelor asigurand inalta acuratete si uniformitate pe termen lung a masurii, precum si tratarea corecta a armonicilor si a regimurilor tranzitorii. Tehnicile de filtrare digitala si stabilizarea dinamica a valorilor masurate asigura cel mai inalt nivel de siguranta in determinarea reactiilor protectiilor. Defectele interne ale dispozitivelor sunt depistate si indicate rapid de rutinele de auto-testare. Astfel, este exclusa nefunctionarea unitatii de protectie SIPROTEC in cazul aparitiei unui defect al retelei de comunicatie Profibus.

Echipamentele SIPROTEC 7SJ63 pot fi utilizate ca relee de protectie, comanda si monitorizare pentru retele de distributie si de transport, indiferent de nivelul de tensiune si de modul de tratare a neutrului. Aceste echipamente sunt destinate liniilor radiale sau buclate, cu una sau mai multe surse de alimentare.

Dispozitivele SIPROTEC® 4 indeplinesc in totalitate cerintele comunicatiilor moderne. Acestea dispun de interfete care permit racordarea cu un centru de comanda superior, setarea confortabila a parametrilor si exploatarea prin intermediul unui PC (local) sau a unei conexiuni prin modem.

Dispozitivul SIPROTEC® poate fi comandat prin: -panoul de comanda de pe partea frontala a dispozitivului -interfata DIGSI® 4 cu utilizatorul (pe PC) care se conecteaza local prin interfata pentru operator a

dispozitivului sau printr-un modem Panoul de comanda al dispozitivelor SIPROTEC®4 este proiectat ergonomic si usor lizibil, permite

comanda de la fata locului, setarea parametrilor dispozitivului si afisarea tuturor informatilor necesare exploatarii. Panoul de comanda al dispozitivului contine un afisaj pe 4 linii.

O schema bloc a echipamentului 7SJ63 si a modului de conectare in instalatie a acestui

echipament este prezentata in figura urmatoare.

1 /7

2.Constructia Latimile disponibile de dulap pentru montarea incastrata a 6SJ63 sunt ½ si 1/1 cu referire la un dulap de 19”. Inaltimea este de 244mm pentru montajul incastrat si 266 pentru montajul aparent. In cazul montajului aparent, bornele de conexiune sunt amplasate deasupra sau dedesuptul echipamentului si sunt de tipul ”cu surub”. Optional, echipamentul 7SJ63 poate fi livrat si cu un panou de operare separat pentru a permite o functionare optima pentru toate tipurile de aplicatii.

3.Functiile de protectie, comanda-control si masura

Echipamentul 7SJ63 poate fi utilizat la protectia unei linii electrice sau a unui transformator. Functia de baza a echipamentului este cea maximala de curent nedirectionala. Exista, in algoritmul dispozitivului, doua elemente de protectie maximala de curent cu caracteristica de timp independenta si unul cu caracteristica inversa (dependenta) cu mai multe caracteristici care pot fi selectate. Protectia nedirectionala poate fi suplimentata cu un element maximal de curent directional, DRRI (protectia de rezerva la refuz de

2 /7

3 /7

intreruptor) si un element (directional sau nedirectional) sensibil pentru sesizarea defectelor cu pamantul. Lista functiilor disponibile intr-un echipament 7SJ63 este : Functii de protectie Protectie maximala de curent cu caracteristica de actionare dependenta sau independenta de curent sau definita de utilizator, cu temporizare sau fara (50, 50N, 51, 51N) Protectie maximala de curent directionala (67, 67N) Protectia la suprasarcina (49) Protectie de tensiune maxima (59) si minima (27) Protectie de frecventa (81)

DRRI (protectie de rezerva la refuz de intreruptor) (50BF) Protectie de secventa inversa (46) RAR (79) Protectia la defecte intermitente Monitorizare temperatura prin dispozitive externe (RTD-Resistence temperature detector)

Locator de defecte Functii de comanda Numar flexibil de intreruptoare comandate Starea elementelor de deconectare este aratata pe un display pe panoul frontal Posibilitatea comandarii intreruptorului local sau de la distanta Comanda se poate realiza prin tastatura locala, intrari binare, DIGSI 4 sau sistemul SCADA Logica interna programabila Functii de monitorizare Marimi monitorizate : -valori masurate U, I, f, etc. -energie activa si reactiva Stare intreruptor

Supraveghere circuit declansare Monitorizare sigurante Posibilitatea inregistrarii a 8 defecte Interfete de comunicare Tipuri de interfete : -CEI 60870-5-103. CEI 61850 -PROFIBUS-FMS/-DP -DNP 3.0/MODBUS RTU Interfata frontala pentru DIGSI4 Sincronizarea de timp prin IRIG-B/DCF77

3.1. Functii de protectie

Protectia maximala de curent (ANSI 50, 50N, 51, 51N) se bazeaza pe o operatie de selectarea a

fazei dintre cei trei curenti de faza si cel de pe conductorul de neutru (pentru transformatoare). Atat pentru curentii de faza cat si pentru cel de neutru exista doua elemente de protectie maximala cu timp definit (DMT). Pragul de curent si temporizarea pot fi setate intr-un domeniu larg. In plus, poate fi activata si caracteristica inversa de actionare a protectiei maximale de curent (IDMT). Caracteristici inverse de timp disponibile Caracteristica conform cu… ANSI / IEEE CEI 60255-3 Inversa (Inverse) • • Inversa cu timp scurt (Short Inverse)

•

Inversa cu timp mare (Long Inverse)

• •

Inversa moderat (Moderately Inverse)

•

Foarte inversa (Very Inverse) • • Extrem de inversa (Extremely Inverse)

• •

a) b)

Protectie maximala de curent a) cu caracteristica independenta

b) cu caractgeristica inversa (dependenta)

Pentru coordonarea protectiilor numerice cu cele electromecanice, sunt aplicate caracteristici de

revenire conform cu standardele ANSI C37.112 si CEI 60255-3/BS 142. Cand se utilizeaza caracteristicile de revenire, un proces de resetare este initiat dupa ce curentul de defect a disparut. De asemenea, pe langa caracteristicile predefinite conform cu ANSI, utilizatorul poate defini caracteristici de declansare. O caracteristica de declansare poate fi definita de utilizator prin maximum 20 perechi de valori (curent, timp). Crearea caracteristicilor de actionare poate fi facuta prin perechi de numere sau grafic in DIGSI.

Protectia la socul de magnetizare se realizeaza prin blocaj la armonica a doua. Daca armonica a doua este detectata in timpul alimentarii transformatorului si nivelul acesteia depaseste o anumita valoare reglata, elementele de curent directionale si nedirectionale sunt blocate. Protectia de punere la pamant intermitenta

Defectele intermitente apar datorita slabirii izolatiei sau ca rezultat al patrunderii apei in racordurile cablurilor. Astfel de defecte fie dispar repede, fie evolueaza in defecte grave. Protectia normala homopolara nu poate sa sesize si sa intrerupa in mod sigur aceste regimuri de defect, deoarece unele varfuri de curent pot fi foarte scurte. Selectivitatea necesara se obtine prin utilizarea unei functii de protectie speciala la defecte intermitente care insumeaza toate duratele impulsurilor de curent si cand acest timp depaseste un prag setat, protectia actioneaza. Protectia de curent de secventa inversa (ANSI 46)

Aceasta protectie detecteaza sarcinile nesimetrice din sistemul electric. Se poate folosi la motoare pentru ca sarcinile nesimetrice pot avea efecte foarte grave prin incalzirile pe care le pot produce datorita curentilor indusi. De asemenea, se poate folosi pentru depistarea defectelor sau problemelor de polaritate la transformatoarele de curent. O alta utilizare consta in detectarea defectelor mono si bifazate cu curenti de defect mai mici decat curentii maximi de sarcina.

Pentru a preveni actionarile eronate, prtoectia de secventa negativa devine activa cand curentul pe o faza devine mai mare decat 0,1 Inom si curentii pe toate cele 3 faze mai mici de 4 Inom. Aceatsa protectie are doua elemente: cu caracteristica de actionare independenta de curent cu doua trepte de actionare si cu caracteristica dependenta (inversa). Protectia de rezerva la refuz de intreruptor (DRRI) (ANSI50BF)

Daca o zona de circuit nu este deconectata dupa o comanda de declansare, o alta comanda poate

fi initiata folosind aceasta functie de DRRI, de exemplu de la un echipament de protectie din amonte. Defectul de intreruptor este detectat daca, dupa comanda de intreruptor, curentul inca mai circula prin 4 /7

conductorul (circuitul) cu defect. Optional se poate utiliza drept conditie de functionare pentru DRRI si pozitia intreruptorului. Protectia diferentiala homopolara de impedanta mare (ANSI 87N)

Principiul de masura cu impedanta mare este o metoda simpla si sensibila pentru detectarea

defectelor homopolare, in special in transformatoare. Cand se aplica acest principiu, toate transformatoarele de curent din zona protejata sunt conectate in paralel si legate la acelasi rezistor cu valoare mare si se masoara curentul prin acest rezistor, folosindu-se intrarea sensibila de masura a curentului IE.

Varistorul V are ca scop limitarea tensiunii in cazul unui defect intern. El deconecteaza varfurile inalte ale tensiunii ce pot sa apara in cazul saturarii transformatoarelor. In acelasi timp, se obtine netezirea tensiunii fara o reducere semnificativa a valorii medii. Daca nu apare un defect sau la un defect extern, sistemul este in echilibru, si tensiunea la bornele rezistorului este aproximativ zero. In cazul unui defect intern, apare un dezechilibru care conduce la o tensiune si un curent prin rezistorul R. Transformatoarele de curent trebuie sa fie de acelasi tip si sa aiba o infasurare separata pentru protectia diferentiala homopolara. Aceste transformatoare trebuie sa aiba acelasi raport de transformare si o tensiune la cotul de saturatie aproximativ egala, precum si erori de masura minime. Protectia la minima tensiune (ANSI 27)

Aceasta functie asigura protectia impotriva scaderilor periculoase ale tensiunii (in special pentru masinile electrice). Rezultatul consta in izolarea masinilor electrice fata de reteaua de alimentare pentru a impiedica eventualele functionari nedorite si o posibila pierdere a stabilitatii. Conditiile sigura de functionare sunt cel mai bine evaluate cu ajutorul componentei de secventa directa. Functia de protectie este activa intr-un interval de frecventa larg 45÷55, 55÷65Hz. Chiar daca frecventa iese din acest interval, functia continua sa lucreze, dar cu o banda mai larga de toleranta. Functia poate opera fie cu tensiunea de succesiune directa fie cu tensiunile intre faze si poate fi monitorizata cu un criteriu de curent. Sunt posibile conexiunile monofazate sau trifazate. Locator de defecte (ANSI 21F) Locatorul de defecte precizeaza distanta pina la defect in kilometri sau in mile sau reactanta unui al doilea defect. Functii de statistica

Numarul declansarilor comandate de 7SJ63, numarul de comenzi de inchidere comandate de RAR si orele de functionare sub sarcina sunt contorizate. Un contor suplimentar inregistreaza timpul cat intreruptorul este deschis. Toate aceste informatii se utilizeaza pentru a optimiza activitatea de mentenanta. Aceste contoare si datele memorate sunt protejate impotriva pierderii tensiunii de alimentare.

Pentru a contoriza numarul de declansari, pozitia intreruptorului trebuie sa fie monitorizata cu ajutorul contactelor auxiliare si a intrarilor binare. Principalul beneficiu consta in adoptarea intervalelor de mentenanta la starea reala de uzura a intreruptorului.

5 /7

Metodele de determinare a starii de uzura a intreruptorului sau durata de viata ramasa a unui intreruptor permit adaptarea intervalelor de mentenanta a intreruptorului la starea actuala a intreruptorului (la gradul lui de uzura) ceea ce implica reducerea costurilor. Pentru aceasta, nu exista o metoda matematica exacta care sa calculeaze durata de viata ramasa in mod exact, dar exista mai multe filozofii de abordare a problemei. De aceea, acest echipament ofera un criteriu multiplu:

•∑I •∑Ix, cu x=1…..3 •metoda celor doua puncte Metoda celor doua puncte are la baza diagrama de stabilire a nr. de cicluri de deschidere in functie

de curentul de rupere (curba data de fabricantul intreruptorului).

Dupa deschiderea intreruptorului, metoda celor doua puncte determina numarul ramas de cicluri de deconectare. La sfarsit, cele doua puncte P1 si P2 (care sunt date in caracteristicile tehnice ale intreruptorului) trebuie setate.

Protectia termica [49] Protectia termica este proiectata pentru a impiedica deteriorarea echipamentului datorita

supraincalzirii. Functia de protectie modeleaza un profil termic al obiectului care trebuie protejat (protectie la supraincalzire cu capacitate de memorare a masuratorilor). Se iau in considerare atat istoria inregistrarilor legate de o anumita suprasolicitare, cat si pierderile de caldura catre mediul ambiant.

La atingerea nivelului de alarma al temperaturii se genereaza un mesaj de avertizare inaintea momentului declansarii, dand astfel posibilitatea luarii unor masuri pentru reducerea sarcinii. Acest nivel de avertizare reprezinta in acelasi timp si nivelul de anulare a semnalului de declansare. Este, de asemenea, disponibil un nivel de alarma al curentului I Alarm. Setarea corespunde valorii curentului din secundar si trebuie setata o valoare egala cu, sau usor mai mica decat valoarea admisibila a curentului de sarcina.

Protectia la supratensiune U>, U>> [59]

Protectia la supratensiune are doi parametrii. In cazul unei supratensiuni inalte, intreruperea este declansata cu un timp de intarziere redus, in timp ce in cazul unor supratensiuni mai putin grave, intreruperea este declansata cu o intarziere mai mare. Cand este depasita una dintre valorile setate (reglabila) este comandata declansarea dupa scurgerea unui anumit timp de intarziere (reglabil).

Protectia de tensiune minima U<, U<< [27]

Protectia de tensiune minima este definita de doi parametrii asociati unor timpi de intarziere

predefiniti, astfel incat declansarea poate fi gradata temporal in functie de cat de severa este scaderea de tensiune. Valorile tensiunilor de prag si intarzierile pot fi setate individual pentru ambii parametrii.

3.2. Functii de comanda-control

Pe langa functiile de protectie, echipamentul SIPROTEC 7SJ63 asigura toate functiile de comanda-control si monitorizare necesare pentru o functionare optima a statiilor de medie sau inalta tensiune.

Principala functie este aceea de comanda a echipamentelor de deconectare. Starea echipamentului primar sau a dispozitivelor auxiliare poate fi monitorizata prin intermediul contactelor auxiliare si transmisa la 7SJ63 prin intrarile binare.

6 /7

7 /7

Echipamentele de comutatie pot fi comandate prin: -panoul frontal integrat; -intrari binare; -sistemul de protectie si comanda al statiei; -DIGSI4. Cu ajutorul logicii integrate, utilizatorul poate seta, printr-o interfata grafica, functii specifice de

automatizarea statiei sau a celulei. Functiile sunt activate prin taste functionale, intrari binare, interfata de comunicare.

Operatiile de comutare se pot efectua fie local fie de la distanta, in functie de setari. 3.3 Valori masurate

Valorile marimilor analogice preluate prin intrarile analogice din instalatie sunt utilizate pentru calculul tuturor marimilor electrice necesare. Marimile ce pot fi cunoscute sunt:

-curenti IL1, IL2, IL3, IE, IEE ; -tensiuni VL1, VL2, VL3, VL1L2, VL2L3, VL3L1; -componentele simetrice I1, I2, 3I0 ;V1, V2, V0; -puterea activa si reactiva; -factorul de putere (cosϕ); -frecventa; -numarul orelor de functionare; 3.4 Marimi contorizate Pentru contorizarea interna echipamentul poate calcula o valoare a energiei din valorile masurate

ale curentului si tensiunii. Valorile contorizate pot fi afisate si trimise la un centru de control. Se contorizeaza valorile energiei activa, reactiva, directa si inversa. 4.Date tehnice Intrari analogice:

*intrari de curent: -frecventa nominala 50Hz sau 60Hz

-valori nominale 1A sau 5A *intrari de tensiune: -valori nominale 110÷225V Nr intrari binare: 11÷33 (in functie de varianta) Nr iesiri binare: 8÷14 contacte normal deschise 1 contact normal inchis Tensiune auxiliara: *c.c. : 24/48 Vc.c.; 60/110/125Vc.c. 110/125/220/250Vc.c *c.a. : 115V, 230V Comunicare: -conector RS232 pe panoul frontal -Soft DIGSI -Viteza de transmisie: 4.800÷11200Baud -Distanta maxima 15m.