Tehnička škola Bečej

Maturski rad iz Osnove automatskog upravljanja

RELEJNA ZAŠTITA

Mentor: Učenik: Dobrivoje Lovrić, profesor Sava Djurčinovski IV4

Bečej, jun 2011. god.

Sadržaj:UVOD ------------------------------------------------------------------------------------------- 3OPŠTI ZAHTEVI KOJI SE STAVLJAJU PRED RELEJNU ZAŠTITU ----------- 5

Selektivnost --------------------------------------------------------------------------- 5Brzina reagovanja ------------------------------------------------------------------- 5Osetljivost ----------------------------------------------------------------------------- 5Pouzdanost i sigurnost ------------------------------------------------------------- 6Jednostavnost ------------------------------------------------------------------------ 6Ekonomičnost ------------------------------------------------------------------------ 6

ZAŠTITNI RELEJNI UREDJAJI ---------------------------------------------------------- 7PODELA RELEJA PREMA VRSTI KONTROLISANE VELIČINE ---------------- 9

Strujni relej ---------------------------------------------------------------------------- 9Naponski relej ------------------------------------------------------------------------ 9Frekfentni relej ----------------------------------------------------------------------- 9Relej snage --------------------------------------------------------------------------- 9Impedantni relej --------------------------------------------------------------------- 9Termički relej ------------------------------------------------------------------------- 9Mehaniči relej ------------------------------------------------------------------------ 9

STRUJNI RELEJ ---------------------------------------------------------------------------- 10

NAPONSKI RELEJ ------------------------------------------------------------------------- 12ZAKLJUČAK --------------------------------------------------------------------------------- 13LITERATURA -------------------------------------------------------------------------------- 14

2

UVOD

Automatski zaštitni uređaji elektroenergetskih postrojenja obuhvataju uređaje u postrojenjima za proizvodnju, prenos i distribuciju električne energije koji imaju zadatak da upozore na nenormalne režime rada pojedinih elemenata elektroenergetskih sistema, a u slučaju pojave neizbežnih kvarova svojim delovanjem brzo isključe oštećeni elemenat i na taj način smanje razaranje i negativni uticaj kvara na rad elektroenergetskog sistema. Električna energija predstavlja osnovni vid energije i preduslov razvoja privrede svake zemlje. S ciljem da se obezbede dovoljne količine električne energije potrošačima svih kategorija, potrebno je izgraditi mnoge hidro, termo ili nuklearne elektrane, povezati ih hiljadama kilometara visokonaponskih dalekovoda s potrošačkim područjima i putem transformatorskih stanica i distributivne mreže srednjeg i niskog napona dovesti energiju svakom potrošaču. S ciljem da se obezbedi neprekinutost u napajanju i proizvodnji električne energije uz što je moguće manje troškove, elektrane, prenosna mreža i transformatorske stanice povezuju se u jedinstven elektroenergetski sistem, kako unutar manjih regija tako i unutar država pa i između više država. Savremeni razvoj društva, industrije i privrede uopšte baziran je na električnoj energiji. Osnovni zahtev, pored dovoljnih količina raspoložive energije i kvalitetnog napona, je neprekinutost u napajanju. U savremenoj industriji i kratkotrajni prekidi u napajanju mogu izazvati dugotrajne zastoje u proizvodnji i velike materijalne štete.

Uprkos ispravnom projektovanju i dimenzionisanju izolacije i ostlih parametara elektroenergetskog sistema, kao i pažljive izgradnje i redovnog odrzavanja, u pogonu se mora računati sa mogućnošću pojave kvara na praktično svakom elementu sistema. Izolacija uređaja u postrojenjima ne može se iz ekonomskih razloga dimenzionisati tako da izdrži ogromna električna naprezanja koja mogu da se ponekad pojave, npr. prilikom atmosferskih pražnjenja i direktnog udara groma. Zbog mehaničkih, termičkih i hemijskih uticaja izolacija je izložena starenju, tako da vremenom gubi svoja svojstva i može da se probije kod naprezanja koja su neznatno veća od normalnih.

3

Osim navedenog, postoji niz uticaja koji mogu da dovedu do kvara, kao što su na primer, greške u materijalima od kojih su građeni uređaji, premoštenje izolacije dalekovoda granjem ili drugim predmetima koja prilikom oluja nanese vetar, prljanje površine izolacije zbog jakih aerozagađenja, pucanja užadi dalekovoda ili konzolnih nosača kod stubova zbog preterano velikih dodatih tereta snega ili leda, rušenje stubova dalekovoda prilikom velikih oluja, klizanje terena ili poplave, oštećenje kablova prilikom zemljanih radova, premoštenje izolacije zbog ulaska ptica ili životinja u postrojenje, pogrešne manipulacije u postrojenjima itd. Pojave kvarova na izolaciji u većini slučajeva izazivaju kratki spoj koji predstavlja najčešći i najopasniji oblik kvara, sa svim njegovim neugodnim posledicama:

jako razaranje na mestu kvara zbog delovanja električnog luka s velikim strujama kratkog spoja ( i do 50kA );

izraziti padovi napona na velikom području koji ometaju normalan rad potrošača ili izazivaju njihovo ispadanje iz pogona;

mehaničko i termičko naprezanje neoštećenog dela sistema kroz koji teku velike struje kratkog spoja;

negativan uticaj na stabilnos rada povezanog elekrtoenergetskog sistema.

Osim kvarova u pogonu se javljaju i opasna stanja za rad pojedinih elemenata sistema koja bi dovela do kvara ukoliko se pravovremeno ne bi preduzele potrebne mere. Takva opasna pogonska stanja su npr:

nenormalno visoki naponi koji naprežu i ugrožavaju izolaciju uređaja;

preniski naponi koji otežavaju ili potpuno onemogućavaju normalan rad potrošača;

prevelike struje zbog preopterećenja ili kvarova u sistemu hlađenja i u vezi si tim previsoke temperature elemenata elektrornergetskog sistema;

nesimetrična opterećenja generatora, prevelik broj obrtaja itd.

Prema tome zadatak relejne zaštite elektroenergetskih postrojenja je da trajno nadzire karkteristične električne ili druge veličine ( npr. struju, napon, temperaturu i sl. ) štićenog objekta i da u slučaju kvara ili opasnog pogonskog stanja automatski preuzme sve potrebne mere da se kvar izbegne ili da se svedu na minimum njegove posledice ako se već pojavio, kao i da o tome obavesti pogonsko osoblje. S obzirom na veliku vrednost štićenih objekata, kao i na značaj normalnog snabdevanja potrošača električnom enregijom, relejna zaštita ima vrlo važnu ulogu u pogonu elektroenergetskih sistema kao deo automatike elektroenergetskih postrojenja za proizvodnju, prenos i distribuciju električne energije.

4

OPŠTI ZAHTEVI KOJI SE POSTAVLJAJU PRED RELEJNU ZAŠTITU

Osnovni cilj primene relejne zaštite najbrže moguće isključenje elemenata ili/i dela elekrtoenergetskog sistema sa kvarom uz očuvanje funkcionalnosti ostalog dela sistema. Pri ispunjenju ovog cilja potrebno je ispuniti nekoliko opštih zahteva.

Selektivnost

Selektivnost je osobina da se izoluje samo element ili deo elektroenergetskog sistema sa kvarom. Ova osobina se može iskazati kao zahtev da se maksimalno moguci deo elektroenergetskog sistema ostavi u pogonu uz minimum isključenja.

Brzina reagovanja

Kvarove pre svega kratke spojeve treba brzo eliminisati iz dva razloga:1) Da bi smanjile posledice kratkog spoja na elemente

elektroenergetskog sistema;2) Da bi se očuvala stabilnost rada elektroenergetskog

sistema.

Vreme isključenja kratkog spoja tkratkog spoja je:

t kratkog spoja=t prekidača+t zaštitegde je:tprekidača – vreme potrebno da se prekidačem prekine struja kratkog spoja itzaštite – vreme potrebno da se zaštitom detektuje kratak spoj i da nalog za delovanje prekidača.

Vreme tprekidača se krece od 0.02s (ultra brzi prekidači) do 0.15s (0.25s) kod normalnih prekidača.Brzina isključenja je proporcionalana ceni prekidača. vreme tzaštite se krece od 0.02s do 0.1s za vrlo brze zaštite. Prema tome, moze se smatrati da je minimalno vreme za isključivanje kratkog spoja tkratkog spoja od oko 0.04s do oko 0.25s. Najbrže isključenje kratkog spoja se zahteva kod sinhronih generatora velikih snaga, što podrazumeva velika ulaganja u zaštitu i korišćenje ultra brzih prekidača.

Osetljivost

Osetljivost zaštite je osobina da se zaštitom mora detektovati kvar unutar zone štićenja. Kao mera osetljivosti kod zaštita koje deluju pri povećanju kontrolisane veličine koriti se koeficijent osetljivosti:

kosetljivosti=najmanja vrednost veličine pri kvarupodešenavrednost zaštite

5

Pouzdanost i sigurnost

Pouzdanost predstavlja zahtev da se zaštitom deluje ispravno korektno delovanje kada se to zahteva. Sigurnost predstavlja zahtev da se žaštitom ne deluje kada ne treba nekorektno delovanje pri normalnim pogonskim uslovima.

JednostavnostJednostavnost predstavlja zahtev da se uz minimalno angaržovanje

zaštite obezbede prethodno navedeni zahtevi.

Ekonomicnost

Ovaj zahtev predstavlja obezbedjenje maksimuma zaštite uz minimalne troškove.Troškovi su uvek najvažniji faktor koji dominantno utiče na sve prethodno navedene zahteve.

Princip rada relejne zastite

6

ZAŠTITNI RELEJNI UREDJAJI

Osnovni element zaštitnih relejnih uredjaja je relej. To je uredjaj koji trajno kontroliše odredjenu električnu ili mehaničku veličinu, te kod unapred odredjene vrednosti izaziva naglu promenu u jednom ili više signalnih ili komandnih krugova. Prema svom sastavu relej se može prikazati kao uredjaj koji ima:

merni (pogonski ili motorni) sistem, koji je priključen na kontrolisanu veličinu i njene promene u odgovarajućem obliku prenosi na sistem za poredjenje. Kod elektromehaničkih releja električne veličine se pretvaraju u mehaničku silu ili zakretni momenat, dok se kod statičkih releja pretvaraju u odgovarajuci električni oblik npr. ispravljena struja ili napon odredjenog nivoa koji se prenosi na član za poredjenje;

sistem za poredjenje poredi prilagodjenu kontrolisanu veličinu sa podešenom. Kad kontrolisana veličina premaši podešenu, dolazi do aktiviranja izvršnog člana;

izvršni član svoji aktiviranjem izaiziva trenutnu ili nakon izvesnog vremenskog zatezanja, naglu promenu u komandnim i signalnim krugovima ( davanje naloga za isključenje prekidača, zaustavljanje turbine, aktiviranje alarma i sl.)

Postoji više našina klasifikacije zaštitnih releja. Prema principu delovanja ( konstrukciji mernog člana ), releji se dele na:

elektromagnetni releji deluju na principu delovanja elektromagnetne sile kalema, kroz koji protiče struja, na feromagnetni deo pomičnu kotvu;

idukcioni releji deluju na osnovu medjusobnog delovanja naizmeničnih elekrtomagnetnih sila kalemova kroz koje protiče struja, i struja indukovanih od ovih sila u obrtnom aluminijunskom ili bakarnom bubnjiću;

elektrodinamički releji deluju na osnovu uzajamnog delovanja elektromagnetne sile pomičnog i nepomičnog kalema kroz koji protiče struja;

magnetnoelektrični (galvanometarski) releji deluju na osnovu uzajamnog delovanja elektromagnetne sile kalema kroz koji protiče struja i sile stalnog magneta;

termički releji deluju na osnovu savijanja bimetalne trake, istezanja materijala ili drugih pojava vezanih uz proenu temperature;

statiči releji sa poluprovodnicima ili bezkontakntnim elementima deluju na osnovu komparacije ili druge vrste obrade električnih signala i

mikroprocesorski bazirani zaštitni releji.

7

Delovi elektromagnetnog releja:1. kalem2. kotva3. kontakti

Po broju ulaznih veličina releji se dele na: releje sa jednom ulaznom veličinom (strujni, naponski) releje sa dve ulazne veličine (usmereni, distantni) releje sa tri ili više ulaznih veličina (distantni, zaštite celokupnog

postrojenja)

Zaštitni uredjaji mogu biti priključeni na struju i napon mreže direktno ili preko mernih transformatora strujnih ili naponskih. Zaštitni uredjaji priključeni direktno nazivaju se primarni, a zaštitni uredjaji priključeni preko mernih transformatora nazivaju se sekundarni zaštitni uredjaji.

Sekundarni zaštitni uredjaji su mnogo rasprostranjeniji od primarnih zbog niza prednosti: izolovani su od visokog napona, mogu se smestiti na pogodnom mestu nezavisno od lokacije štićemog elementa, izradjuju se za standardne nazivne struje (1A ili 5A) i nazivnog napona (100V) nezavisno od struje i napona u kolu štićenog elementa.

Prednosti primarnih zaštitnih uredjaja je što ne zahtevaju merne transformatore, izvore pomoćnog napajanja i kablove za vezu sa mernim transformatorima, pa su samim tim jednostavniji i jeftiniji od sekundarnih. Primarni zaštitni uredjaji se koriste za zaštitu elektromotora, malih transformatora i vodova male snage u mrežama napona do 10kV. Nijhova je moguća samo tamo gde se zaštita realizuje po prostim šemama, pomoću releja struje i napona, bez zahteva za velikom tačnošću.

konstrukcija elektromagnetnog releja

8

PODELA RELEJA PREMA VRSTI KONTROLISANE VELIČINE

strujni naponski frekventne releje snage impendantne termičke mehaničke

Strujni relej

Strujni releji su releji kojima se deluje pri povecanju struje; postoje dve grupe takvih releja; kod prve grupe delovanje je trenutno (koriste se u slucaju struja velikih intenziteta obelezavaju se sa I>>); kod druge grupe releja delovanje sledi nakon odredjene vremenske pauze zadate vremenskim podešenjem ovaj tip releja se označava sa I>,

Naponski relej

Naponski releji su releji kojima se deluje pri povišenju napona (nadnaponski U>) ili pri sniženju napona (podnaponski U<),

Frekventni relej

Frekventni releji sureleji kojima se deluje pri povišenju frekvencije (nadfrekventni f>) ili pri snizenj frkvencije (podfrekventni f<),

Releji snage

Releji snage se u izuzetnim slucajevima mogu koristit kao releji snage pri čemu deluje kada snaga premaši odredjenu vrednos, označava se sa S>,

Impedantni releji

Kod impedansnih releja delovanje zavisi od vrednosti impedanse, najčešće su to podimpedansni releji Z<,

Termički releji

Termičkim relejima se deluje pri povecanju temperature θ¿i

Mehanički releji

Mehanički releji deluju kada mehanički kontrolisana veličina (pritisak, broj obrtaja, brzina strujanja, promena zazora i sl.) premaši ili padne ispod podešene vrednosti

9

STRUJNI RELEJ

Zaštitni uredjaji koji deluju na povećanje struje su najrasprostranjeniji, jer je većina kvarova u elektroenergetskim postrojenjima praćena porastom struje. Ti zastitni uredjaji su:

primarni prekostrujni okidači; prekostrujni sekundarni releji (nadstrujni, maksimali strujni

releji); diferencijalni strujni releji; releji simetričnih komponenti struje (nulte i inverzne

komponente).

Prekostrujni releji su najčešće primenjivani releji u zaštitnoj tehnici. Upotrebljavaju se za zaštitu genereatora, transformatora, motora, i vodova od nedozvoljenih visokih struja preopterećenja i kratkih spojeva. prema vremenskoj karakteristici, dele se na:

trenutne prekostrujene releje; releje sa strujno nezavisnom vremenskom karakteristikom i releje sa strujnom zavisnom karakteristikom.

Trenutni prekostrujni releji deluju bez vremenskog zatezanja delovanja čim struja premaši na skali podešenu vrednost. U elektromehaničkoj konstrukciji prave se najčešće kao elektromagnetni relej sa zakretnom kotvom. Važna karakteristika prekostrujnih releja je tzv. odmer otpuštanja koji je definisan kao:

a= IpovIpr

gde je: Ipr – minimalna vrednost struje kod koje relej privuče kotvu i zatvori kontakte,Ipov – maksimalna struja kod koje otpusti kotva pobudjenog releja pri smanjivanju struje.

Kvalitetni prekostrujni releji treba da imaju odmer otpuštanja što bliži jedinici. Trenutni prekostrujni releji retko se koriste kao samostalna zaštita. Mogu da služe kao brza zaštita u slučaju bliskih kratkih spojeva, kad su struje vrlo velike. Uglavnom se koriste kao elementi ostalih zaštitnih uredjaja.

Prekostrujni relej sa strujno nezavisnom karakteristikom reaguju kada struja premaši podešenu vrednost, a isključuju tek nakon isteka podešenog vremenskog zatezanja. Vreme delovanja ne zavisi od iznosa struje koja teče kroz relej. prekostrujni relej sa strujno nezavisnom karakteristikom izvode se kao kombinacija trenutnih prekostrujnih releja u dve ili tri faze i zajedničkog člana za vremensko zatezanje.

10

Prekostrujni releji sa strujno zavisnom karakteristikom se pobudjuju kada struja premaši podešenu vrednost, a deluje na isključenje i/ili signalizaciju nakon vremenskog zatezanja koje je zavisno od struje koja prolazi kroz namotaje releja. Vreme delovanja releja sa strujno zavisnom karakteristikom definisano je kao:

t= kf ×k

(I / Ipodešenja )α−1, I> Ipodešenja

gde je:t – vreme delovanja releja pri struji I.Ipodešenja – podešena vrednost struje,α, k – koeficijent osnovnog podešavanja ikf – koeficijent finog podešavanja.

U zavisnosti da li vreme delovanja više ili menje zavisi od struje, ovi releji se dele na:

releji sa normalno zavisnom vremenkom karakteristikom, releji sa vrlo zavisnom vremenskom karakteristikom, releji sa ekstremnko zavisnom vremenskom karakteristikom, releji sa kombinovanom karakteristikom.

Releji sa normalno zavisnom karakteristikom se upotrebljavanu mnogo u angloameričkim zemljama za zaštitu radijalnih vodova sa mnogo podstanica.

Releji sa vrlo zavisnom vremenskom karaklteristikom se upotrebljavaju za zaštitu vodova na kojima struja kvara naglo opada sa udaljavanjem mesta kvara od izvora napajanja.

Releji sa ekstremno zavisnom vremenskom karakteristikom se koriste za zaštitu distributivnih odvoda podvrgnutih jakim strujama uključenja pojedinih grupa potrošača ( frižideri, bojleri, pumpe i sl.), jer omogućavaju relativno dugo vreme delovanja prilikom udara, a brzo delovanje prilokom struja kratkog spoja.

Naročito efikasna zaštita se može postići sa kombinovanom karakteristikom. Kod struja nešto većih od podešene relej ima izrazito zavisnu karakteristiku. Kod nešto većih struja karakteristika prelazi u strujno nezavisnu, tj. relej deluje sa podešenim vremenom. U slučaju bliskih kratkih spojeva relej deluje trenutno. Ovakvim relejima mogu se uspešno štititi vodovi, transformatori i potrošači od preopterećenja i struja kratkih spojeva. Termički prekostrujni releji se izvode najčešće pomocu termičkog sistema sa bimetalima. To su trake različitog oblika sastavljene od dva metala sa različitim temperaturnim koeficijentom rastezanja.

11

NAPONSKI RELEJ

Naponski releji deluju kada napon na koji su priključeni odstupi od odredjene unapred podešene vrednosti. U zavisnosti da li deluju kod povišenja ili sniženja napona, dele se na nadnaponske ili podnaponske releje.

Nadnaponski releji deluju kada napon na koji su priključeni premaši podešenu vrednost. Upotrebljavaju se kao zaštita od nedozvoljenog povišenja napona, kao i elementi složenijih zažtitnih uredjaja. Naponski releji su ustvari strujni releji, jer deluju na povećanje struje kroz namotaj releja. Pošto se priključuju paralelno naponu, a ne u seriji kao prekostrujni releji, potrebno je da im je otpor što veći. Prema tome, to su u stvari strujni releji sa velikim brojem namotaja tanke žice.

Struja podešenja Ipodešenja je vezana za napon Upodešenja sledećim izrazom:Upodešenja=Ipodešenja×Z

gde je:Z – impedansa releja

Impedansa releja treba da je praktično nezavisna od temperature i frekvencije. Princip rada i način delovanja je potpuno isti kao kod prekostrujnih releja (u normalnom pogonu kotva ovih releja nije privučena i kontakti su otvoreni).

Podnaponski releji deluju kad napon nestane ili opadne ispod podešene vrednosti. Upotrebljavaju se za zaštitu motornih i drugih pogona osetljivih na smanjenje ili nestanak napona. I kod nad naponskih releja se definiše koeficijent odpuštanja:

an=UprivlačenjaUodpuštanja

gde je:Uprivlačenja – minimalna vrednost napona kod kojeg se ima privlačenje kotve kod ponovnog porasta naponaUodpuštanja – maksimalna vrednost napona kod kojeg se otpušta kotva pri procesu snižavanja napona

Naponski i podnaponski releji izvode se kao elektromagnetski releji, zatim kao indukcioni releji sa zakretnom diskom, a u kombinaciji s ispravljačima primenjuju se galvanometarski releji sa zakretnom kotvom.

Vremenski usporeno delovanje može se postići primenom dodtanih vremenski releja. Naponski nezavisna vremenska karakteristika jednostavno se postiže primenom dodatnih vremenskih releja. Naponski zavisna vremenska karakteristika postiže se jednostavno primenom indukcionih releja sa zakretnim diskom ili primenom prigušenih galvanometarskih releja.

Naponski releji se izvode kao jednopolni, dvopolni, ili tropolni, u zavisnosti da li treba da nadziru jedan, dva ili sva tri fazna napona. Priključuju se na naponske merne transformatore i to direktno ili putem filtera nulte ili inverzne komponente napona.

12

Zaključak:

U radu sam pokušao da objasnim, šta je relejna zaštita, koja je njena uloga i namena u elektroenergetskim postrojenjima koje su njene osobine i elementi koji se koriste u njoj. Pri kraju sam objasnio dva releja koja se najčešće upotrebljavaju kao zažtita. Na kraju zaključujem da je relejna zaštita veoma pouzdana i preciza zaštita elektroenergetskog postrojenja.

13

Literatura:

1. D. Bekut – Relejna zaštita2. G. Nikolić, D. Martinović – Osnove automatskog upravljanja

14

Datum predaje: ______________

Komisija:

Predsednik _______________

Ispitivač _______________

Član _______________

Komentar:

Datum odbrane: _____________

Ocena__________ (___)

15