Universitatea POLITEHNICA din Bucureti FACULTATEA DE ENERGETIC060042 Bucureti, Splaiul Independenei, nr. 313, sector 6

CUPRINS

CAPITOLUL 2: Analiza sistemului de protecie i comand-control al unei staii electrice

1. Analiza sistemului de procie

1.1. Introducere

1.2. Funcii de protecie1.3. Tipuri de relee2. Analiza sistemului de comand2.1. Structura de comand control al unei staii electriceBIBLIOGRAFIE

1.Analiza sistemului de prtoecie1.1.Introducere1.1.1.Definiie i rol:Definiie: Sistemul de protecie al unei instalaii electrice este format din ansamblul aparatelor i dispozitivelor destinate s comande n mod automat deconectarea instalaiei n cazul apariiei unui defect sau a unui regim anormal de funcionare periculos pentru instalaie; n cazul defectelor i regimurilor anormale care nu prezint pericol imediat, protecia prin relee nu comand deconectarea instalaiei, ci semnalizeaz apariia defectului sau regimului anormal. Pentru deconectarea instalaiei, protecia prin relee comand declanarea ntreruptoarelor care leag instalaia protejat de celelalte elemente ale sistemului electric.Separarea automat a instalaiei defecte de restul elementelor sistemului urmrete trei obiective: S mpiedice dezvoltarea defectului, respectiv extinderea i agravarea efectelor acestuia, asupra altor instalaii din sistemul eletric i evenula transformare a defectului ntr-o avarie de sistem. S prentmpine distrugerea instalaiei n carea a aprut defectul, prin ntreruperea tuturor posibilitilor de alimentare a defectului. S restabileasc un regim normal de funcionare pentru restul sistemului electric i s asigure astfel continuitate alimetrii consumatorilor cu enrgie electric.Rol: Protecia prin relee are deci rolul de a controla permanent regimurile de funcionare ale instalaiilor din sistemele electrice i de a asigura lichidarea automat a defectelor i a regimurilor anormale periculoase. Astfel, sistemele de protecie au o funionarea automat. Ele ocup un loc deosebit de important n ansamblul echipamnetelor de automatizare cu care sunt prevazute sistemele electrice.[3]1.1.2.Structura echipamentelor de proteciePentru a asigura controlul permanentt al regimurilor de funcionarea ale instaliilor electrice i lichidarea automat a defectelor i regimurilor periculoase, sistemele de protecie trebuie s includ anumite elemente n structura lor, vor fi descrise n cele ce urmeaz. Fig.2.1.: Diagrama bloc releu Un prim grup de elemente este reprezentat de elementele de intrare, care primesc de la transformatoarele de curent i tensiune informaii asupra regimului de funcionare al instaliei protejate; aceste informaii sunt coninute n valorile i defazajelor curenilor i tensiunilor msurate de transformatoarele de curent i de tensiune.Elementele de intrare ndeplinesc funciuni de filtrare, amplificare sau determinare a unor mrimi suplimentare, obinute cu ajutorul curenilor, tensiunu=ilor primite de la transformatoarelor de msur. Astefel de exemplu, elementele de intrare pot conine filtre de armonici superioare, necesare funionrii corecte a anumitor tipuri de protecii.Elementele de intrare pot fi reunite ntr-un bloc de intraare, alimentat de transformatoarele de curent i tensiune. Pentru protecia unei linii L, blocul de intrare (alimentat de TC i TT) este notat cu BI. Un al doilea gru de elemente este reprezentat de elementele de prelucrarea i decizie, care primesc anumite mrimi de la blocul deintrare i le prelucreaz, efectund operaii logice i de calcul pentru a stabili dac n instalia protejat exist un defect. Dac rezult preena unui defec, elementele deprelucra i decizie transmit elementelor din blocul urmtor decizia de declaare a ntreruptorului instlaiei protejate. n figura 1 blu=ocul de prelucrare i decizie este notat BPD. Al treilea grup de lemente este reprezentat de elemet=ntele de ieire, formnd bllocul de ieire, notat BE. Elementele acestui bloc au rolul de a sigura o putere suficient petru comanda declanrii ntreruptoarelor instlaiei protejate i a transmiterii semnalizrilor acestora.n exemplu din figur blocul BE comand declanarea ntreruptorului I.[3]Starea unui sitem energetic este caracterizat de un set de variabile de sistem, dac sistemul este ntr-o stare normal de funcionare atunci valorile variabilelor se ncadreaz n limitele impuse, dac sistemul se afl ntr-un regim anormal de funcionare atunci valorile de sistem nu se mai ncadrez n limitele impuse de funcionare i n acest caz controlul i protecia sistemului este necesar. Regmurile anormale de funcionare pot fi de mai multe tipuri, de aceea uneori este necesar s ateptm un pic naite de luare undei decizii cu privire la acionarea asupra sistemului. Totui, indiferent de tipul regimului dac defectul persit atunci este necesar acionare n sistem astfel nct sistemul s fie adus ntr-o nou stare de funcionare normal.Declanarea echipamentelor de comutaie se realizeaz dac:1. apare inegalitatea: ;2. i .O alt reprezentarea mai convenabil este cea dn figura 2. De obicei sistemul se afl ntr-o stare normal de funcionare. Cu trecerea timpului (incrementarea timpului) echipamentul de protecie verific variabilele de sistem, reprezentate de , pentru a determina dac vreo variabil a depit pragul normal de funcionare. Dac nu, atunci timpul e incrementat pentru a se observa variabila urmtoare. Dac valuarea de prag e depit atunci timpul de prag de acionare e la rndul lui verificat timp n care orice aciune e suprimat. Dac i timpul de prag de acionare este depit atunci circuitul este declanat. Acest logic este implemetat pentru a nu se aciona atunci cnd se observ regimuri temporare de avarie din moment ce multe din aceste tipuri de regimuri apar des n cadrul regimului normal de funcionare. Odat ce circuitul e de-enrgizat, regimul de avarie dispare i sitemul poate reveni ntr-o stare normal de funcionare. Dac revenirea nu e posibil atunci sistemul ramne n stare de nefuncionare.[2]

Fig.2.2: Procesul de decizie a unui sitem de protecie[2]1.1.3.Racorduri clasice ale releelor n cadrul unui sistem de prtoeciePentru a prezenta modul de racordare i funcionare unui releu n cadrul unui sistem de protecie se consider figura 3, ea reprezentnd o linie radial protejat prin intermediul unor relee maximale de curent pentru fiecare faz, n figur pentru simplicitate reprezentndu-se doar pentru o faz. Circuitele de control ale ntreruptorului 52 cuprinde bateria care e conect prin intermediul conteactelor auxiliare ale ntreruptorului 52a i a bobinei de declanare 52TC i prin contactelor releului 51. Dac se detecteaz un defect care face ca curentul prin bobina de declansare a releului s fie mai mare dect o valuare prag setat, releul i ca nchide contactele dup un anumit interval de timp care depinde de valuarea de vrf a curentului de defect i de caracteristicile releului.[1]

Fig.2.3: Releu i circuit de control[1]Acest lucru va determina trecerea curentului prin bobina de declanare a ntreruptorului 52TC, declannd contactele principale ale ntreruptorului precum i contactelele auziliare. Declanarea ntreruptorului va conduce la eliminarea defectului din sistem.Exemplu utilizat n figura 3 e unul mai mult teoretic deoarece n realitate nu prea se folosete. n practic circuitul de racord include de obicei cte un releu pentru fiecare faz precum i un al patrulea releu pentru masurarea curenilor de punere la pamnt. De asemenea datorit faptului c cele mai multe efecte sunt temporare circuitul mai include i sisteme automate de nchidere a ntreruptoarelor dup ce a trecut timpul de deionizare a defectului. Trebuie de asemenea spus c acesta este un caz special tipic liniilor radiale. De aceea figura 4 este prezentat o schem de racord mai adecvat care ns de data acesta este tipic proteciei de distan[1]:

Fig.2.4: Racod tipic al unui releu [1]Un circuite de declansare al unui releu este prezentat n figura 5, circuitul funcioneaz prin nchiderea contactului R n caz c un defect este detectat, acest lucru va aciona bobina de declanare a ntreruptorului care va da comanda de declanare:

Fig.2.5: Circuit de declanare

1.1.4. Caracteristici impuse sistemelor de protecie prin relee:Rapiditatea: ntruct efectele scurcircuitelor se agraveaz i se extind ct mai mult cu ct crete durata de existen a defectelor, funcionarea rapid a proteciei reprezint o condiie destul de importnat. Rapiditatea acionrii proeciei se impune ndeosebi n cazul scutcircuitelor n generatoarea i transformare i n cazul scurciruitelor pe linii cu tensiuni ridiacate care pot precliclita stabilitatea sistemului.Selectivitatea: instaliile componente ale unui sistem electric sunt prevzute cu protecii prin relee. Aceste protecii trebuie s funcioneze n aa fel nct, n cazul aparaiei unui scurtciruit ntr-o anumt instalie (sepaarearea instaliei defecte de restul sistemului este efectuat prin comanda declanrii ntreruptoarelor instalaiei respective), iar restul instaliilor din sistem s rmn n funciune, o asemenea funcionare a proteiilor se numete funcionare selectiv.Selectivitatea const deci n proprietatea proteciilor rin relee de a alege instalia defect dinc adrul tuturor instaliilor sistemulu i de a comanda numai deconectarea acesteia.Asigurarea unei funcionri deslective a proteciilor prin relee are o importan deosebit pentru continuitatea alimenri consumatorilor dintr-un sistem electric. Pentru a aciona selectiv protecia prin relee trebuie s comande declanarea celor mai apropriate ntreruptoarea de punctul n care a aprut defectul, ntruct n acest mod rezult ntreruperea unui numr minim de consumatori.n cazul unor tipuri simple de protecii selectiitatea poate fi asigurat prin introducerea unor temporizri n funcionarea proteciei, prin aceast msur nu poate fi asigurat condiia de rapiditate. Sigurana: funcionarea unei protecii este sigur dac protecia acioneaz cnd este necesar i numai cnnd este necesar. Aceast se obine prin proiectarera corect a schemelor i ansamblelor precum i prin utilizarea unui echipament de calitatea ridicat. Sigurana proteciei depinde deci i de sigurana echipamentului folosit.Sensibilitatea: pentru ilustrarea condiiei de sensibilitatea se consider o protecie care acioneaz la creterea curentului din instalia protejat, creterea care indic fie prezena unui scurtcircuit, fie apariia unei suprasarcini. Protecia este cu att mai sensibil cu ct este mai mic creterea curentului care provoac acionarea protenciei respective.Sensibilitatea funcionrii unei protencii este legat de sensibilitatea aparatajului flosit, fiind necesar aparatah care s consume o putere ct mai redus pentru acionare, deci aparataj sensibil.Aprecierea cantitativ a sensibilitii unei protecii se exprim printr-un coeficient numit coeficient de sensibilitatea; n cazul proteciei considerate coeficientul de sensibilitate; n cazuul proteciei considerate coeficientul de sensibilitate are expresia: ; n care este valoarea minim posibil a curentului de scurtcircuit prin instalaia rotejat, la defecte aprute n limitele unor anumite zone stabilite;iar este curentul de pornire al proteciei.Curentul de pornire al proteciei reprezint valoarea acurentului primar pentru care releele de curent i nchid contactele. Notnd raportul de trasformare al transformatoarelor de curent, ntre curentul de pornire al proteciei i curentul de pornire al releului exist relaia: .[3]

1.2.Principalele tipuri de protecii sau funcii de protecie1.2.1.Proteciile de curent de regul nsemnnd proteciile maximale de curent. Ele acioneaz la creterea curentului pn la atingerea sau depirea unei valori stabilite (curent de pornire ), cretere care indic prezena unui scutcircuit sau suprasarcini.Condiia de acionare are deci aspectul , unde este curentul din instalaia protejat.

Fig.2.6: Schema de funcionare protecia maximal de curent[4]Pentru ca s nu existe posbilitatea unei acionri greite n regimuri normale ale instalaiei protejate, cnd are valuarea sau valuarea curentului maxim de sarcin prevzut pentru instalaia repectiv, este necesar ca valuarea curentului de pornire s fie aleas mai mare dect curentul nominal i dect curentul maxim de sarcin, rezultnd relaiile: .1.2.2.Protecii de tensiuneProteciile de tensiune pot fi protecii minimale sau protecii maximale.Proteciile minimale de tensiune care acioneaz la scderea tensiunii (ceea ce indic prezena unui scutcircuit) sunt cele mai frecvent utilizate. Condiia de acionare a acestor protecii este:

Unde, este tensiunea controlat din punctul de instalarea a proteciei ; tensiunea de pornire a proteciei, respectiv valoarea tensiunii primare la carea are loc acionarea proteciei, deci nchiderea contactelor releelor.Tensiunea secundar la care are loc nchiderea contactelor se numete tensiune de pornire a releului i se noteaz cu .ntre tensiuni are loc relaia: , unde este raportul de transformare a transformatorului de tensiune.

Pentru ca s nu existe posbilitatea unei acionri greite n regimuri normale ale instalaiei protejate, cnd are valuarea sau valuarea tensiuni minime de sarcin prevzut pentru instalaia repectiv, este necesar ca valuarea tensiunii de pornire s fie aleas mai mic dect tensiunea nominal i dect tensiunea minim de sarcin, rezultnd relaiile: .Protecii maximale de tensiune, ele acioneaz la creterea tensiunii i au o utilizare restrns (de exemplu la hidrogenereatoare, la linii de tensiuni nalte). La ceste protecii, condiia de acionare este de tipul: , unde este tensiunea de pornire a instalaiei i tensiunea nominl. Proteciile maximale de tensiune se realizeaz cu relee maximale de tensiune cu contacte normal deschise, care se nchid la creterea tensiunii peste valoarea de pornire.[3]

Fig.2.7: Schema principial a proteciei maximale de tensiune[4]1.2.3.Protecii maximale direcionale: spre deosebire de proteciile de curent care acioneaz numai n funcie de valoarea efectiv a curentului din instalaia protejat, proteciile maximale direcionale acioneaz att n funcie de valoarea efectiv a curentului ct i n funcie de defazajul dintre curentul i tensiunea din puncrtul de instalare a proteciei.

Fig.2.8: Ilustrarea circulaiei de puteri cu alimentare bilatereal: a) n regim normal, b) n cazul unui scurtcircuitAstfel, considernd cazul celor dou linii cu alimetare bilateral din figur, se presupune c generatoarele ambelor centrale alimenteaz n regim normal consumatorii principali racordai la barele staiei B i ca urmare circulaia puterilor pe linii este indicat prin sgeile din figura a). Dac apare un scurcircuit pe linia L-1 n punctul K, atunci toare generatoarele alimenteaz punctul de defect, ntruct acesta reprezint un punct de impredan minim n sistem; ca urmare, circulaia puterilor pe linii are sensurile indicate prin sgeile din figura b).Se constat c la unul din capetele liniei defecte L-1 are loc schimbarea sensului de circulaie a puterii atunci cnd se trece de la regimul normal la regimul de scurtcircuit pe linie. n mod analog, n cazul unui scurtcircuit pe linia L-2 apare o schimbare a sensului de circulaie a puterii la unul din capetele acestei linii. Schimarea sensului de circculaie a puterii implic o schimbare important (aproximatic 180) a defazajului dintre curentul i tensiunea de la captul respectiv al liniei defecte.Proteciile maximale direcionale controleaz defazajul dintre curent i tesniune, acionnd n cazul unor variaii mare ale acestui defazaj, ceea ce indic apariia unui scurcircuit n instalaia protejat.n componena releelor maximale direcionale intr relee direcionale, care controleaz defazajul menionat i care n acest scop sunt prevzute cu bobine de curent i de tensiune.[3] 1.2.4.Protecii diferenialeProteciile difereniale acioneaz n funcie de diferena curenilor din dou puncte ale instalaiei protejate (cureni considerai pe aceeai faz i sunt de dou tipuri: protecii difereniale longitudinale i protecii difereniale transversale.Protecii difereniale longitudinale acioneaz n funcie de diferena curenilor de la capetele zonei protejate. Astfel, n cazul unei linii cu alimentare bialteral (fig.2) curenii i respectiv i sunt egali n regim normal sau de scurtcircuit exterior, n puntul deci diferena acestor cutreni este nul n regimurile menionate: . Fig.2.9: Reprezentarea circulaiei curenilor pentru ilustrarea principiului de funcionare a proteciilor difereniale longitudinale: a) n regim normal; b) n cazul unui scc exterior; c)n cazul unui scc pe linia protejat.n cazul unui scurtcircuit n curenii nu mai sunt egali, se observ c prtoeciile difereniale se comport diferit n funcie de zona n care a aprut defectul, acest lucru asigur selectivitatea necesar.Protecii difereniale transversale acioneaz n funcie de diferena curenilor din dou circuite paralele. n figura 3 principil de funcionare al acestor protecii este ilustrat pentru cazul a dou linii paralele, L-1 i L-2, avnd aceeai lungime i aceeai impedan specific. Fig.2.10: Reprezentarea circulaiei curenilor pentru ilustrarea principilului de funcionare a proteciilor difereniale trasversale: a) n regim normal; b) n cazul unui scc exterior; c)n cazul unui scc pe una din liniile paralele.n regim normal sau de scurtciruit exterior n punctul , curenii i respectiv i (circulnd prin cele dou linii paralele la capetele disnspre staia A), sun egali i diferena lor este nul, datorit impedanelor egale ale celor dou linii paralele, deci . n cazul unui scurtciruit pe una din linii, de exemplu n punctul impedana poriunii liniei L-1 ntre staia A i punctual este diferit de impedana care intervine ntre barele A i punctual pe calea format de L-2 i poriunea liniei L-1 dintre staia B i punctul defect; ca urmare rezult: ; .Din relaiile acestea rezult c proteciile difereniale transversale pot deosebi un scurtcircuit extterior de un scurtcircuit n zona de protecie, selectivitatea fiind astfel asigurat.[3]

1.2.5. Protecii termicen cazul scurcircutelor i al suprasarcinelor are loc creterea temperaturii conductoarelor i a anumitor piese, acest lucru permite forlosirea unor protecii acionnd n funcie de valoarea temperaturii pieselor respective. De regul, proteciile termice se folosesc pentru motoare electrice.[3]1.2.6. Protecie cu relee de gazeLa transformatoare n curv cu ulei, apariia unui defect n bobinajele din interiorul cuvei determin degajarea unor gaze; pe aceast ba sunt realizate proteciile cu relee de gaze pentru transformatoare.

Fig.2.11: Protecia cu relee de gaze. Schem de principiu[4]Releul Bucholtz se aplic la toate transformatoarele cu cuv de ulei. (DD-dispozitiv de deconectare, BD-buton).1.3. Tipuri de relee1.3.1. ClasificareDup principiul de contrucie i funcionare a elementului sensibil al releului releele se clasific astfel: relee electromagnetice (nepolarizate sau polarizate); relee electrodinamice (fr fier sau cu fier); relee magnetoelectrice; relee de inducie; relee magnetice (cu circuite magentice saturabile sau cu aplificatoare magnetice); relee electrotermice; relee electronice (cu elemente de execuie electromecanice-cu contancte sau statice fr-contacte); relee de gaze.1.3.2. Relee electromecaniceReleele electromecanice sunt o tehnologie matur din punct de vedere al echipamentelor de prtoecie, ele au nceput s fie utilizate cu muli ani n urm i nc sunt utilizate. Funcionarea lor aa de mult timp a dovedit c aceste echipamente sunt foarte sigure i robuste. Figura urmtoarea ilustreaz dou din cele mai simple forme de dispozitive electromecanice. Releul 1 este un simlpu solenoid. Pentru un curent mai mare dect curentul de prag fora dezvoltat de ctre pistonul solenoidului nvinge fora gravitaional i astfel se nchid contactele. Releul format dintr-un solenoid este de obiecei cunoscut ca un releu instantaneu, ceea ce nseamn c releul acioneaz fr vreun timp de ntrziere. Viteza acestui tip de relu depinde de amplitudinea curentului ce curge prin solenoid, iar dac curentul este mare releul va poate declana n aproximativ un ciclu.

Fig.2.12: Releu format din disc de inducie i din solenoid: 1) solenoid cu acionare instantanee;2) disc de inducie ce acioneaz dup o caracteristic invers de timpn partea a doua a figurii este ilustrat una dintre cele mai simple aplicaii a discului de inducie n cadrul echipamenteor de protecie. Discul poate fi pus n micare de rotaie datorit curenilor turbionari care apar n disc, acesti cureni fiind indui datorit cnpurilor stabilite n jurul polilor. Exist multe forme de relee bazate pe discul de inducie. Cel prezentat n figur utilizez doar curenii. Timpul necesar acionrii pentru un anumit curent depinde de unghiul de rotaie necesar pentru a se realiza apropiere i astfel nchiderea contactelor. Acest unghi, i astfel timpul de acionare, este reglabil prin intermediul dispozitivului de prghie de timp, contactul fix fiind aranjat cu la anumit unghi . Aceste caracterstici fac releu s fie foarte flexibil din punct de vedere al aplicaiilor sale.

Fig.2.13: Caracteristici de acionare pentru diferite tipuri de relee bazate be discul de inducieAnaliza funcionri releului de inducie poate fi realizat prin nsumarea algebric a cuplurilor ce acioneaz asupra discului. Curentul ce trece prin poli dispozitivului creaz curenii turbionari n discul de inducie. Acesti cureni interacioneaz cu fluxul ce produce cuplurile care rotesc discul. Un cuplu de amortizare este de asemenea produs i este proporional cu vitezaunghilar de rotaie. Unde - cuplul ce apare datorit curenilor prin bobin - cuplu ce apare datorit resortului - cuplu de amortizare.Curentul ce cauzeaz micarea este proporional cu ptratul curentului prin bobin, cuplul ce apare datorit resortului este constant, iar cuplu de amortizare este proporional cu viteza unghilar de rotaie. Prin urmare se poate scrie:

Unde au fost introduse constantele de proporionalitate. Aceste constante se pot detemina prin efectuarea unui simplu experiment. Dac discul se afl n starea iniial, nu e n micare, atunci partea de dup egal din ecuaia de deasupra este 0. Dac se mrete curentul treptat pn cnd discul ncepe s se roteasc, aceasta stabilete valoare de prag a curentului, de obicei denumit curent de pornire . Prin urmare rezult: Fcnd substituirile, rezult:

Unde , multilu curentului de pornire - unghil de rotaie al discului.De unde rezult, unghiul total de rotaie pentru un anumit timp: Din moment ce discul este foarte uor i accelerat pn la vieza final pe care o atinge este rezonabil s ignorm acceleraia iniial a discului. Ca urmare rezult: , pentu orice curent mai mare dect valoarea de pornire. Att timp ct un astfel de durent circul prin bobine discul se rotete pn se nchid contactele. Dac definim ca unghiul pentru care timpul de pornire, rezult: , constant de timp ce i-a diferite valori n funcie de alura caracteristici de acionare.Situaia tocmai prezentat este folositoarea doar dac nu se au n considerare saturaia circuitului magnetic. Cureni mari, corespunztori unor valori mari ale lui pot cauza electromagnetul s se satureze. Aceast deteminnd ca fluxul s ating valori limite, care produce o constant de timp de operare . Dar valori mari ale lui determin apropiere de 0 a ecuaiei de mai sus. Prin urmare efectul saturaiei este de a aduga o constnat de timp n ecuaia de mai sus. Ecuaia de mai sus atribuie valori numai un coeficient, dar n realitatea ea poate lua ali coeficieni n funcie de alura caracteristici. Toate aceste aproximri se pot introduce n ecuaia de funcionare a unui astfel de releu astfel:

Figura urmtoare ilustreaz alte dou tipuri de relee electromecanice foarte utilizate. Dispozitivul (3) este o alt variaia a discului de inducie, dar de acceast dat cu electromagnei ce utilizeaz i curenii i teniunile. Aceasta permite releului s fie i un dispozitiv de msurare, i ca urmare este un dispozitiv direcional. Dac fazorul curentului este pe aceeai direcie cu fazorul teniuni, releul va avea un cuplu ce va opera n aceeai direcie. n caz contrar cuplul este negativ i acionarea relului este blocat. Bucla de ntrziere produce decalarea de faz necesar pentru a facilita rotaia discului. Aceast caracteristic asigur relului o selectivitate mai mare.

Fig.2.14: (3) Relee maximale de curent direcionale i (4) relee cu bra de balanDispozitivul prezentat n fugura (4) l-am numit releu cu bra de balan. Acest tip de relu are doi electromagnei care determin fore care tind s ncline braul ntr-o direcie sau n cealalt. Dac curentul este destul de mare, fora determinat de curent predomin i astfel cauzea nchiderea contactelor. Caracteristica de funcionare este cel mai bine descris n planul R-X asociat figurii. Zona de declanare este aria din interiorul cercului cu originea n 0. Acest relu acioneaz foarte rapid, dar problema este c nu prezint selectivitate direcional, el de obicei funcionnd cu un releu direcional conectat n serie. Valorea de prag de acionare este uneori denumit i punct de balan. 1.3.3 Relee electronice. Relee statice.Releele statice su fost introduse prima oar n anii 1960 i de atunci sunt nc golosite n industrie. Ca definiie se poate spune c un releu static este un releu ce nu conine vreo armtur sau alte elemente ce se mic mecanic, rspunsul releelor fiind dezvoltat prin intermediul componentelor electronice, magnetice sau de alte tipuri dar fr micare mecanic. Introducerea releelor statice la acea vreme a avut ca rezultat introducerea unuor dispozitive cu sensibilitate i vitez nn funcionare mai ridicat, precum i repetabilitate mai eficient. Aproximativ toate releele statice sunt protejate mpotriva ocurilor mecanice sau de alte tipuri mai ult dect releele electromecanice. Timpul lor de resetare este de asemenea mult mai mic dect n cazul releelor electromecanice, aceasta se datoreaz faptului c nu exist micri mecanice ca de exemplu a contactelor. Releele statice au nevoie de mai puin mentenan, constitue o sarcin mai pic pentru transformatoare de exemplu i au o mrime mai mic.Dezavantajul principal este susceptibilitatea lor la fenomenele tranzitorii electromagnetice ce au loc de obicei n staie; aceast lucru determin nevoia de izolare a lor. De asemenea ele sunt mai senzitive la diferenele de temperaturi, opernd pentru domenii de temperaturi mai mici dect n cazul releelor electromecanice.Din punct de vedere funcional releele statice pot fi proiectate s funcioneze indiferent de tipul aplicaiei. Sunt foarte folosite n cadrul sistemelor de protecie de transmise, difereniale ale generatoarelor, de timp, de distan, de faz i maximale de curent.Caracteristicile de acionare ale releului maximal de curent sunt toate furnizate de productor ca parte a dispozitivuluui. Ecuaia ce le descrie este: Unde - timpul pn la declanare, n secundea constant, n secundeC 1 pentru releele standardn un exponentb o constant, n secundeD setarea de timpK o constant, secunde pentru releele standardI curentul de operare, exprimat n multipli a curentului de pornire.Parametri a, b i n determin tipul de curb a caracteristici folosite. Majoritatea curbelor pot fi obinute cu n=1, dar caracteristicile de acionare invers, foarte invers i extrem de invers se caracterizeaz prin n=2. Exponentul n este variat prin modificarea unui modul al releului.

Fig.2.15: Valorile constantelor de caracterizeaz timpul de acionareFormula folosit pentru a calcula caracteristicile releului este furnizat de productor. Bineneeles acestea nu sunt singurele formule posibile. Printr-un raport al unei comisii IEEE alte formule s-au propus, o abordare fiind o expresie exponenial sau o expresie polinomial ca: , unde , m, n i k sunt constante.

Fig.: Exemple de caracteristici de acionare: (1) direct; (2) invers.

1.3.4. Relee numericeReleele numerice interacioneaz cu sistemul energetic pe care l protejeaz n acelai mod ca i releele analogice. Sitemul de variabile de intrare sunt obinute la fel, direct de la transformatoarele de msur conectate direct la circuitele de nalt tensiune precum i observnd starea contactelor. Ieirea este tot o comand referitoare la starea contactelor, la fel ca la toate celelalte relee. Diferena const n tehnologia de realizare, modul de operare, etc

Fig.3. Diagrama bloc releu numericExplicaie funcionare:Variabilele de intrare sunt semnale analogice (tensiunele i curenii) din secundarele transformatoarelor de msur. De obicei aceste semnalele au frecvena de 50 Hz, fiind corupte de armonici n cazul unui defect. Ca urmare a transformrii semnalele devin foarte mici de ordinul amperilor n cazul transformatoarelor de curent, cu toate acestea i aceste semanle sunt prea mari pentru circuitele de baz ce compun releul numeric, deci ele trebuie reduse mai departe, acest lucru realizndu-se prin intermediul rezistoarelor unt.Blocul de variabile de intrare numerice furnizez releului informaiile privitoare la poziia contactelor i valorile tensiuni n reea. Numrul acestor semanle de intrare fiind de la 5 la 10. Aceste semnale la rndul lor pot conine componente tranzitorii, de aceea este necesar amortizarea lor.Blocul de variabile de ieire numerice are rolul de a furnizeaza sistemului de protecie semnale de ieire, aceste semnale sunt de cel mult 10 bit. i acestea trebuie supuse unor procese de amortizare datorit componentelor tranzitorii.Semnalele analogice de intrare sunt convertite prin intermediul covertoarelor analog digitale CAN, frecvena de eantionare fiind de cel puin de dou ori mai mare dect frecvena maxim a semnalului de intrare. Aceste date sunt stocate n memoria releului fiind dup aceea gata de procesare de catre microprocesorul central CPU. Filtrul digital are rolul de a curaa semnalele de ctre zgomotul de fundal care distrub procesul de luare a deciziei.Blocul de logic a releului are rolul de a implementa funciile de protecie stocate n memoria releului.

Fig.: Schema de principiu al unui releu cu microprocesor

A/N- convertor analog numeric; - microprocesor;SERIAL PORT- proturi n serie;IC- intrari de contact;RE- ieiri releu;OB- obiective;IST- intrri petru semnale de timp T- transforamtoare de msur i/sau traductoare,FJT- filtre cu caracteristic trece jos;E/M- bloc de eantionare/memorare;MUX- multiplexor;PGA- amplificator cu aplificare reglabil.Utilizarea tehnologiilor cu microprocesor la realizarea proteciilor numerice aduce urmtoarele avantaje: caracteristicile componentelor numerice sunt puin sensibile la variaii de temperatur, variaii ale tensiunii de alimentare i timp de exploatare (mbtrnire); performanele componentelor digitale nu se modific datele stocate n memorie, n orice zon a acesteia, rmn neschimbate; la proiectarea echipamentelor numerice de protecie sunt utilizate mai puine componente i mai puine conexiuni n raport cu proteciile analogice; precizia rezultatelor oferite de structurile de calcul numerice poate crete mult dac se utilizeaz un numr mai mare de bii pe cuvnt n calculele aritmetice; dispozitivele numerice nu necesit o acordare (o punere la punct) individual; problemele de proiectare devin mult mai flexibile prin utilizarea soft-ului adecvat; dispozitivele numerice pot realiza simultan funcii aritmetice i logice n timpul controlului procesului; datele nregistrate de un dispozitiv numeric nu pot fi falsificate dect n condiiile scoaterii din funciune a echipamentului. 2. Analiza sistemului de comand2.1. Sistemul de comand-control al staiei electrice Fig.13: Structura hierahic ntr-o staie electric[2]Dup cum se observ releele degitale precum i sistemele de date de intrare/ieire se afl la nivelul cel mai dejos, nivelul 1. Controlul se realizeaz de la sistemul central, calculatorul central transmite comenzi la sistemul computerizat al staiei electrice, de unde mai departe informaiile ajung la relee. Sistemul computerizat al staiei electrice este locul unde toate informaiile sunt memorate i analizate, prin intermediul acestui sistem se pot ndeplini toate sarcinile/funciile staiei respective. Tot acest sistem servete ca interfaa ntre echipamentele staiei i operatorii staiei sau personalul de mentenan.Coordonarea sistemelor de protecie i comand-control este realizat cu ajutorul sistemului de comunicaie. Motivul principal pentru astfel de coordonare nu este doar din cauza rolului pe care proteciile bazate cu microprocesor l au ci n principal de a exploata toate facilitile posibile pentru o mai bun funcionare a proteciei i controlului n staia electric. Aceste sisteme se caracterizeaz prin urmtoarele propieti: unificarea: toate datele i informaiile n sistem sunt accesibile prin sistemul comun de comunicaie; coordonarea: combinarea controlului i a proteciei fr a se pierde autonomia protenciei; se realizeaz printr-un sistem unificat bazat pe microprocesoare care coordoneaz protecia i controlul. descentralizarea: att informaiile, ct i funciile sunt distribuite i sunt folosite n cel mai apropiat loc fa de procesul la care se refer.Sarcinile pe care sistemul de control i automatizare al unei staie electrice le are sunt:Achiziia de date: se refer la procesul de colectare a informaiei. Informaia se gsete sub form de valori msurate ale tensiuni i curenilor i a strii contactelor. Informaiile achiziionate pot fi folosite de ctre dispozitivul ce le colecteaz sau trimise mai departe n datele de baze existente.Supravegherea i monitorizarea sistemului: se refer al procesul de supraveghere i monitorizare a condiiile de funcionare i stri sistemului energetic utiliznduse datele achiziionate. Control: se refer la procesele de trimitere a comenzilor la dispozitive. Structura hardware a sistemului de automatizare i control al staiei:Pentru colectarea informaiilor transformatoarele de msur i releele de protecie sunt echipamentele utilizate. Aceste echipamente sunt fizic conectate la sistemul energetic. Mai departe semnalele transmise vor fi convertite i procesate pentru a se putea lua deciziile necesare.Principalele disozitive de procesare i control a informaiilor sunt dispozitivele cu microprocesoarele. RTU (Remote Terminal Unit) este un dispozitiv electronic cu microprocesor care are rolul de a fi interfaa dintre componentele fizice ale sistemului energetic i sistemele de control cum ar fi SCADA. Dispozitive d msurare inteligent nregistratoare digitale a defectelor Controlre logic programabile Relee de protecie Dispozitive de comunicaie.Cel mai comun tip de arhitectur al unui sistem automat pentru staii de medie tensiune (de distribuie) implic faptul c fiecare zon a sistemului are propriile sale dispozitive de protecie. Unitile de protecie i control au rolul de a aciona independent una de alta n caz de defect, astfel izolnd poriunea de reea defectat. Toate sistemle de achiziie de date sunt conectate prin intermediul unui sistem de bare (canale) de comunicaie care este folosit de a transfera informaia ctre centrele de telecontrol. Releele de protecie, unitile de control, centrele de alarm alimenteaz sistemul de operare cu: date despe evenimente i momentul de timp n care au aprut cantiti electrice msurate starea componentelor dispozitivelor de comutaie informaii despre alarm valori de intrare digitale nrejistrator de informaii despre disturbaiile care apar setrile dispozitivelor i parametri lorSistemul local de control (SCADA) trimite urmtoarele uniti de date: comenzi de control setrile dispozitivelor i parametri lor mesage despre sincronizarea n timp.Utilizarea canalurilor de comunicaie implic anumite avantaje n comparaie cu cablurile de transmitere a semnalelor convenionale. Nevoia de cabluri este mai mic atunci cnd informaia necesar se poate transmite printr-un singur canal de comunicaie, nici relee intermediare nefiind necesare. Acest lucru asigurnd o rat de apariie a defectelor mai mic. Releele de protecie pot fi folosite i ca dispozitive de monitorizare a circuitelor secundare, ca de exemplu circuitele de declanare. Transferul de date este de asemenea monitorizat, ntreruperele n comunicaie i defectele fiind localizate practic instantaneu. Sistemule sunt de asemenea mai uor de extins datorit faptului c uniti noi pot fi foarte uor adugate.Fiecare dispozitiv furnizeaz mesaje n timp despre evenimetele ce au loc (pornirea, declanarea, activarea, etc.) prin intermeiul canalului de comunicaie. Aceste evenimente sunt sortate n funcie de timp i transmise mai departe dispozitivelor de printare a evenimentelor sau sistemului de monitorizare. Informaiile transmise includ informaii despre curentul maxim de defect, motivele pentru pornire sau declanare, msuri de contrare a defectelor. Setrile dispozitivelor i parametrii lor pot fi de asemeanea transmise prin intermediul unitilor de control. Releele cu microprocesoare i unitile de control stocheaz foarte mult informaie despre defectele ce apar, de asememeanea ele furnizeaz informaie despre msurtorile tensiunilor i curenilor, iar prin calcul ele furnizeaz informaii despre puterea ce circul prin sistem, energia electric, factorul de putere, etc.

Fig.: Structura sistemului de automatizare i control al unei staiiFiecare dispozitiv din cadrul sistemului are prorpiul su ceas intern, acesta trebuie s fie n sincronism cu celelalte ale celorlalte dispoozitive. Pentru a menine ceasurile sincronizate, un mesaj de sincronizare este transmis la intervale regulate. La nivelul subsataiei exist sisteme de control i supraveghere ce performeaz funciile de automatizare. Aceste sisteme locale de control sunt bazate pe acelai concept ca i SCADA. Funciile ce au loc tipic n cadrul substaiilor sunt: cartografierea schematic a substaiei i a poziiilor indicatoare prezentarea cantitilor electrice msurate control raportarea de evenimente alarme sincronizare setarea releelor colectarea nrejistrrilor distrubanelor i evaluarea lor procesare datelor msurate, tendinelor sistemului, informaii despre calitarea puterii, etc. monitorizarea componentelor circuitelor primare deconectarea sau conectarea automat reglementare.Tehnic este posibil integrarea funciilor similare ntr-un singur dispozitiv. De exemplu un sistem de protecie poate conine toate funciile de protecie neesare de echipamentul protejat. Un releu de protecie poate de asemenea ncorpora caracteristici de control, msur, nregistrare i computare. Numrul de intrri i ieiri utilizabile n cadrul sistemelor de protecie cresc n mod treptat, astfel toate informaiile ce au legtur cu echipamentul protejat pot fi obinute prin intermediul releelor. Dispozitivele de comunicaie sunt din ce n ce mai mici i mai performante. Aceste lucruri permit disponibilitatea informaiilor la nivel local.[6]Comunicarea la nivelul staiei electriceCanalele de comunicare specifice staiei interconecteaz toate dispoitivele de achiziie i prelucrare a datelor precum i sistemle automate. Mediul de comuniacaie de obicei este fibra optic ntruct aceasta nu permite interferene electromagnetice. Unitatea de achiziie de date connectat la nivelul staiei colecteaz toate informaiile i le transmite mai departe nivelurilor mai nalte de control, centrelor de monitorizare i teleconducere.Unitatea de achiziie de date poate fi considerat poarta dintre nivelul staiei i sistemul de conducere. n sistemele care funcioneaz pe baz de sondaj (SPA) unitatea de achiziie de date este partea rincipal a sistemului de comunicaie, n sistemele ce funcioneaz spontat disozitivele pot transmite informaii direct la bara de comunicaie (LON). [6] SCADASitemul SCADA este implementat prin hardware-ul compus din canalele multiple de comunicaie care asigur managementul procesului de achiziie de date de la RTU. Informaia primit estetrimis mai departe ctre serverul SCADA, prin intemediul unui LAN. Controlul este posibil prin intermediul consolelor de operator ce stau la baza structuri de comand HMI. [6]

Fig.. Structura SCADA[6]

2.1.1. Cabluri de fibr opticConexinuile, transmiterea informaiei ntre staiile moderne energetice precum i n cadrul unei staii se realizeaz prin intermediul cablurilor de fibr optic.

Fig.15: Tehnologie optic de transmitere ainformaiei prin intermediul cablului de fibr optic[5]1- semanlul de intrare2- bloc de prelucrare a semnalului3- convertor electri-optic4- conector5- cablu din fibr optic6- transformator semnal optic-electric7- semnal de ieire.Propieti i principiiCablurile de fibr optic sunt compuse din fibr fcut din plastic i sticl, acest lucru rezultnd n propietatea fibrei optice de reflexie total i astfel de permitere a transmisii luminii pe deistante lungi.Cablurile au miezul central caracteriat de un indice de refracie mare, miezul fiind inconjurat de armturi cu indice de refracie foarte mic i care au de asemnea propietai mecanice optime. Lumina e transmis prin miezul central, sursa ei fiind diodele de tip LED sau diodele de tip laser n anumite cazuri speciale.[5]Aceste tipuri de cabluri: nu sunt afectate de interferenele electomagnetice; au banda de tranmisie foarte larg cu deformarea semnalului redus; sunt flexibile i subiri; spre deosebire de cablurile din plastic au o durat de via mai mare precum i faptul cse pot ntinde pe distane mult mai mare fr proceduri adiionale, aproximativ 2000m.

Fig.12: Cabluri fibr optic profile[2]

Bibliografie[1] System protection, Paul M. Anderson, IEEE Press, NY, 1998.[2] Computer relaying for power system, Arun G. Phadke, James S. Thrope, Wiley Edition, 2009.[3] Automatizri i protecii prin relee, Sergiu Clin, Stelian Popescu, Editura didactic i pedagogic, 1977.[4] Curs Protecii prin relee, profesor Onia Calot.[5] ABB Protection and control in substations and power network.[6] Control and automation of electical power distribution systems, James NorthCote-Green, Robert Wilson, Taylor&Francis Group 2007.

1