1

Ovaj materijal pripremio je viši asistent Mr. Emir Fočo dipl. ing. el.

1. DISTANTNE (IMPEDANTNE) ZAŠTITE

1.1.Uvod

Upotreba prekostrujnih usmjerenih i neusmjerenih zaštita ima svoja ograničenja u pogledu selektivnosti i brzine djelovanja, posebno u mrežama složenijih konfiguracija. Može se pokazati da u relativno jednostavnoj dvostrano napajanoj mreži sa paralelnim vodovima selektivnost štićenja se ne može postići upotrebom prekostrujnih usmjerenih i neusmjerenih releja. Zbog toga u složenijim mrežama sa više izvora napajanja, a naročito u prenosnim mrežama kao zaštita vodova upotrebljavaju isključivo distantne zaštite. Distantna zaštita je univerzalna zaštita od kratkih spojeva posebno u VN prenosnim mrežama sa direktno uzemljenom neutralnom tačkom. Primjenjuje se također i u distributivnim mrežama, ali i kao rezervna zaštita velikih energetskih transformatora i generatora. Princip rada distantne zaštite zasnovan je na mjerenju efektivnih vrijednosti napona i struje na mjestu ugradnje, odnosno impedanse kvara koja je u općem slučaju proporcionalna udaljenosti do mjesta kvara. Distantna zaštita je mnogo brža i selektivnija zaštita od prekostrujne zaštite. Ona je znatno manje osjetljive na promjene u relativnoj impedansi izvora i uslovima u sistemu, tako da se može koristiti u svim tipovima i konfiguracijama mreža.Nadalje, razvojem numeričkih distantnih uređaja, pored osnovne distantne funkcije u releju su integrisane i druge dodatne funkcije kao što su lokator kvara, APU i druge pomoćne funkcije. Zbog toga se često primjenjuju i u radijalnim mrežama i distributivnim vodovima većeg naponskog nivoa. Distantna zaštita spadaju u veoma brze zaštite. Vrijeme isklopa releja je obično jedan ili dva ciklusa (20-40 ms) u osnovnoj (1-zoni) djelovanja koja pokriva 80-90% dužine voda, dok je vrijeme isključenja za preostalu dužinu voda od 10-20% obično 300-400 ms. Ovo vrijeme može biti znatno kraće ako se koriste teleprotection funkcije. Ako su zaštite na oba kraja voda povezane telekomunikacionim vezama distantna zaštita može biti apsolutno selektivna na čitavoj dužini voda u osnovnom vremenu djelovanja. Prvi distantni releji su se pojavili 1920 godine, kao elektromehanički releji sa zakretnim indukcionim diskom, zatim su se razvili analogni statički distantni releji sa operacionim pojačalom, a od 1985 godine pojavljuju se prvi mikroprocesorski bazirani distantni releji. Sa razvojem telekomunikacione i digitalne tehnologije mikroprocesorske zaštite su prerasle u numeričke «inteligente» uređaje koje pored primarnih zaštitnih funkcija posjeduju, mogućnost zapisa svih potrebnih informacija o registriranim događajima i kvarovima, kao i mogućnost lokalne i daljinske komunikacije i uvezivanje u tzv. SCADA sistem upravljanja i nadzora. Princip rada numeričkih uređaja zasnovan je na diskretnoj obradi signala i numeričkom algoritmu obrade informacija što omogučava veću tačnost, mogućnost obrade informacija za različite potrebe, veću brzinu obrade informacija i kraće vrijeme djelovanja. Moderni numerički releji kao multifunkcionalni uređaji objedinjuju potrebne zaštitne i druge pomoćne funkcije koje su danas neophodne u savremenom pristupu sistemima relejne zaštite i stanične automatizacije. Prije nego što se detaljnije upoznamo sa načinom rada distantnih releja osvrnut ćemo se ukratko na osnovne tipove i statistike kvarova u prenosnim mrežama sa direktnim uzemljenjem neutralne tačke.

1.2. Statistika i tipovi kvarova u prenosnoj mreži Statistički podaci o kvarovima u prenosnim mrežama su slijedeći:

- Jednopolni (jednofazni) kvarovi - 80 % - Dvopolni kvarovi - 5 % - Dvopolni kvarovi sa zemljom -10 % - Tropolni kvarovi - 5 %

2

Na tranzijentne (prolazne) kvarove otpada 80-85 %, a najčešći uzroci su udar groma, ptice, drveće, njihanje vodića pod uticajem vjetra, snijega, preskoci na oslabljenoj i zaprljanoj izolaciji i sl. Trajni kvarovi su obično rezultat prekida vodića i rastinja koje dohvati fazni vodić. Prosječan broj kvarova na 100 km dužine dalekovoda je 0,2-3 kvara godišnje, što direktno zavisi od konfiguracije zemljišta, broja atmosferskih pražnjenja, stanja mreže i kvaliteta korištene izolacione ovjesne i druge opreme.

1.3. Osnovni principi i načini rada distantnih releja

Razvoj električnih, a posebno prenosnih mreža rezultiralo je potrebom razvoja zaštite koja bi djelovala što brže ukoliko je mjesto kvara bliže mjestu ugradnje releja.To je rezultiralo razvoj distantnih zaštita. Prva ideja je bila ta da zaštita djeluje na bazi mjerenja napona, i ukoliko je napon manji kvar je bliži i zaštita treba da ima kraće vrijeme djelovanja. Pokazalo se da ovako realizirana zaštita ima niz nedostataka, jer iznos napona zavisi od impedanse voda i veličine struje kvara. Također prelazni otpor na mjestu kvara utiče na činjenicu da napon ne pada tako brzo iako mjesto kvara može biti veoma blizu ugradnje releja. Zbog toga se došlo na ideju da zaštita za svoj kriterij rada koristi informaciju i o naponu i o struji. Što je struja veča, i što je napon niži to relej treba da djeluje brže. Vrijeme djelovanja takvog releja može se izraziti kao:

tdj = kU/I Pošto U/I predstavlja impedansu, ovakvi releji nazivaju se impedantni releji. Napon na mjestu ugradnje releja jednak je padu napona na impedansi voda tj.:

U = IZ1L, gdje je L dužina (km), a Z1 jedinična impedansa voda( Ω/km). Vrijeme djelovanja releja se sada može napisati kao:

tdj = K1L gdje je L udaljenost od mjesta ugradnje releja do mjesta kvara. Vidimo da je vrijeme djelovanja proporcionalno udaljenosti (distanci) do mjesta kvara, pa su ovi releji po tome i dobili ime. Bazni princip rada distantnih zaštita zasnovan je na mjerenju impedanse od mjesta ugradnje do mjesta kvara na bazi mjerenja napona i struja na početku voda gdje je zaštita ugrađena. Na slici 1 je data princip mjerenja impedanse kvara. Izmjerena vrijednost impedanse u slučaju kvara se komparira sa podešenom i poznatom vrijednošću impedanse voda. Ako je impedansa kvara manja od podešene impedanse voda, zaštita detektuje kvar i daje nalog za isključenje prekidača na vodu.

Slika 1. Opći princip mjerenja impedanse kvara

3

Zbog netačnosti distantnog mjerenja, grešaka transformacije i nepoznavanja tačne impedanse voda koja je obično zasnovana na proračunu, a ne na tačnom mjerenju, podešenje distantne zaštite ne smije biti jednako ukupnoj dužini štićenog voda, nego nešto manje. U praksi se obično ostavlja sigurnosna margina od nekih 10-15% tj. skračenje prve zone da bi se osigurala selektivnost između unutrašnjih (kvarovi na štičenom vodu) i vanjskih kvarova (kvarovi na susjednom vodu) slika 2. Ostatak voda se štiti u 2. stepenu , a da bi se postigla potrebna selektivnost njegovo vrijeme zatezanja mora biti veće od prvog stepena zaštita na vodovima u susjednom objektu na kraju štičenog voda. U slučaju elektromehaničkih releja vremensko zatezanje 2. stepena je obično iznosilo 400-500 ms, a 250-300 ms u slučajevima statičkih i numeričkih zaštita. Ovaj stepen ujedno predstavlja i zaštitu u slučaju kvara na sabirnicama susjedne TS. Zbog toga doseg druge zone mora pokriti sabirnice susjednog objekta i dio susjednih vodova. Također da bi se osiguralo potrebno rezervno djelovanje na čitavoj dužini susjednog voda u slučaju otkaza distantnog releja, distantni relej ima još jednu zonu djelovanja u 3. stepenu, s vremenskim zatezanjem većim od 2. stepena, a koje obično iznosi 600-900 ms. Koordinacija dosega i vremenska podešenja pojedinih zona tzv. plan stepenovanja prikazan je na slici 2. Praktični primjeri proračuna i podešenja pojedinih distantnih zona biće obrađeni kroz konkretne primjere na kraju poglavlja.

Slika 2. Stepenovanje distantnih zaštita u mreži

Osnovni elementi i princip mjerenja distantnih releja Distantni releji su veoma složeni uređaji koji se sastoje od više članova i to: pobudni (poticajni ili startni) član, usmjerni član, mjerni, vremenski i izvršni član, te pomočni članovi, slika 3. Pobudni član je priključen na odgovarajuče struje i napone preko mjernih transformatora. Ovaj član daje nalog za pobudu zaštite u slučaju kvara u mreži i aktivira rad usmjernog i mjernog člana. Pobudni član može biti realiziran na različite načine, a najčešće se koristi obični prekostrujni član (I> i I>>), zatim podimpedantni U-I (I>, U<) ili U-I-ϕ ili impedantni član (Z<).

4

Slika 3. Osnovni elementi distantnih releja

Smjerni član kontroliše usmjerenje struje odnosno snage na vodu u trenutku kvara i omogučava, odnosno blokira rad zaštite i mjernog člana zavisno od smjera struje na vodu. Mjerni član je priključen na napon i struju preko odgovarajućeg komutacionog (preklapajučeg člana) koji zavisno od pobudnog člana preklapa mjerni član na odgovarajuću struju i napon i na taj način mjeri otpor petlje kvara. Mjerni član je priključen na odgovarajuču sekundarnu struju, a preko preklopke kojom upravlja vremenski član na odgovarajuči odcjep dodatnog naponskog međutransformatora. Ako se kvar nalazi unutar 1 zone štičenja, izmjereni otpor je manji od podešenog i relej daje nalog za isključenje. U suprotnom, ako je kvar u 2., odnosno 3. zoni izmjereni otpor je veći od proradnog otpora mjernog člana i on neće djelovati. Nakon isteka vremenskog zatezanja t2 ili t3 vremenski član preklapa na drugi, odnosno treči otcjep na međutransformatoru i tako dovodi manji napon na mjerni član i na taj način prividno smanjuje mjereni otpor, odnosno produžava zonu djelovanja mjernog člana. Vremenski član prema tome ima zadatak da mjernom članu u određenim vremenskim intervalima dovodi što manji napon i tako mu produžava zonu djelovanja. Na ovaj način vremenski član osigurava vremensko stepenovanje zaštite u zavisnosti o udaljnosti mjesta kvara. Karakteristika vremenskog člana nije linearna nego stepenasta sa više stepeni djelovanja. Vremensko zatezanje prvog stepena je obično jednako osnovnom vremenu djelovanja releja, dok su ostali stepeni vremenski zategnuti prema planu stepenovanja distantnih releja (t2, t3, itd) u mreži. Izvršni član daje nalog za isključenje i signalizaciju, dok pomočni članovi obavljaju neke pomočne signalne i blokadne funkcije, kao i funkciju APU-a i dr. Ako za vrijeme rada zaštite dođe do nestanka struje kvara, odnosno do prestanka pobude pobudnog člana svi ostali članovi se vračaju u početno stanje. Obično distantni releji imaju i dodatni vremenski kontakt koji nakon isteka vremena t4 od momenta pobude aktivira izvršni član koji daje nalog za isključenje (tzv. rezervni prekostrujni stepen sa najvećim vremenskim zatezanjem). Ovaj stepen ujedno služi kao zaštita od preopterećenja voda i kao rezervna zaštita u slučaju nestanka mjernih napona neophodnih za distantno mjerenje.U tom slučaju taštita radi kao neusmjerena prekostrujna zaštita voda. Distantni releji obično nemaju sve navedene članove posebno za svaku fazu. Obično su pobudni članovi odvojeni, a usmjereni, mjerni, vremenski i izvršni član su zajednički. Zbog toga se takvi distantni releji nazivaju jednosistemski. U prenosnim mrežama višeg naponskog nivoa zaštite su uvijek višesistemske tako da imamo neovisne mjerne članove za svaki tip kvara (jednofazne i višefazne kvarove).

5

Jednosistemske distantne zaštite konvencionalne izvedbe su uglavnom imale samo jedan mjerni član za distantno mjerenje i usmjerenje. Mjerne vrijednosti struja i napona su zbog toga morale biti adekvatno izabrane i dovedene mjernom članu zavisno od tipa kvara. To je radio tzv. preklapajuči organ koji je vršio preklapanje odgovarajučih faznih struja i napona na mjerni član. Na slici 3a. je prikazana jedna takva izvedba elektromehaničke distantne zaštite na principu preklapanja odgovarajučih analognih mjernih vrijednosti napona i struje. Na sličnom principu rade i statičke zaštite samo što su umjesto kontakata releja za preklapanje korišteni odgovarajuči tranzistorski i drugi elektronički sklopovi. Nakon startanja pobudnog člana (I>), na mjerni član se dovode fazno selektovane vrijednosti struje i napona neophodne za distantno mjerenje. Ovakav princip rada uzrokuje da mjerni član uvijek ima izvjesno kašnjenje u radu, dok se ne izbrši potrebno preklapanje mjernih vrijednosti.

Slika 3a. Distantna elektromehanička zaštita na bazi preklapanja

Također i kod jednosistemskih numeričkih releja, zaštita proračunava samo jedan impedantni mjerni krug nakon startanja pobudnog člana. Međutim kod numeričkih releja postoji značajna razlika u načinu rada distantne funkcije koja se ogleda u slijedečem:

- mjerene vrijednosti svih petlji se kontinuirano sempliraju i pohranjuju u ciklični buffer; zbog toga mjerni član za distantno mjerenje ima stalan pristup ovim mjerenim vrijednostima bez potrebe da se iste prvo selektuju na principu preklapanja,

- ponovno mjerenje može biti izvršeno u kračem vremenskom periodu, a kao rezultat toga je da ovakvi releji imaju znatno krače vrijeme djelovanja, koje je usporedivo sa brzinom višesistemskih zaštita (25 ms u odnosu na 15 ms kod višesistemskih)

Dijagram impredansi distantne zaštite S obzirom da je distantna zaštita priključena na sekundare strujnih i naponskih mjernih transformatora, relej mjeri sekundarnu vrijednost impedanse koja zavisi od prenosnog odnosa mjernih transformatora. Plan

6

stepenovanja zaštite se proračunava kao primarna vrijednost impedanse voda, a zatim se svodi na sekundarnu vrijednost prema slijedećoj relaciji:

Zsec = Zprim xNSMT/NNMT=(IprimUsec/UprimIsec) x Zprim

gdje je NSMT i NNMT prenosni odnos strujnih i naponskih mjernih transformatora respektivno. Za inženjera zaštite glavna polazišta kod analize podešenja i rada distantne zaštite su:

- impedansa opterećenja Zload

- impedansa kvara ZSC i - i impedantna proradna karakteristika releja.

Ove tri impedanse su predstavljene na dijagramu impedansi su kompleksnoj R-X ravni, na slici 4., za slučaj poligonalne karakteristike kod statičkih i numeričkih releja.

Slika 4.Dijagram impedansi distantne zaštite

Tokom normalnog pogonskog stanja mjerena impedansa odgovara impedansi opterećenja čija vrijednost je obrnuto proporcionalna opterećenju voda, tj.

Zload=Ul2/Pload

ili kao: Zload=Umin/k√3Imax

gdje je: Umin minimalni linijski napon mreže Umin=0,9xUnom,

Imax –maksimalna pogonka struja Imax=1,2 xInom i k –koeficijent sigurnosti k=1,1-1,2

7

Ugao između struje i napona tokom normalnog stanja naziva se ugao opterećenja ϕL i on zavisi od odnosa između aktivne i reaktivne snage opterećenja, ϕLoad=arctanQ/P=X/R. U trenutku kvara mjerena impedansa se mijenja u impedansu kratkog spoja, koja je obično znatno manja od impedanse opterećenja. Njena vrijednost praktično je jednaka impedansi voda od mjesta ugradnje releja do mjesta kvara ZLF1 ili ZLF2 (slika 4). Ukoliko je na mjestu kvara prisutan dodatni prelazni otpor (otpor luka ili dodatni otpor na mjestu kvara) RF, ova vrijednost otpora povečava vrijednost mjerene impedanse kvara (ZF1 i ZF2). Ugao impedanse kvara sa dodatnim otporom na mjestu kvara je prikazan preko ugla ϕSC1 i ϕSC2 na slici 4. Kod međufaznih kvarova prelazni otpor kvara je jednak otporu strujnog luka između faznih vodiča, koji je isključivo omskog karaktera. On zavisi od struje na mjestu kvara i dužine luka i može se izračunati na osnovu poznate Warrington-ove formule koja glasi:

Rarc= 28707xLarc/I1,4

gdje je: - Larc -dužina luka u (m) i - I - minimalna struja kratkog spoja na mjestu kvara u (A).

U literaturi se također susreće i relacija:

Rarc= 2500x Larc/I U slučaju jednofaznih kvarova otpor na mjestu kvara se sastoji od otpora luka na mjestu kvara, otpora DV stuba i otpora uzemljivača stuba.

RF= Rarc+RDV+Ruz Također kod proračuna otpora na mjestu kvara treba uzeti u obzir i mogući otpor objekta koji uzrokuje dodir faznog vodića (što je najčešće drvo). Otpor DV stuba je različit, a zavisi od tipa stuba (orjentaciona vrijednost iznosi 5-10 ohma). Otpor uzemljivača stuba zavisi od karakteristika uzemljivača i specifičnog otpora tla, tako da njegova vrijednost varira od nekoliko ohma do nekoliko desetina ohma. Otpor stabla drveta je također veoma različit i može se kretati od nekoliko ohma do nekoliko stotina ohma. Zbog navedenog, kod podešenja distantnih zona prelazni otpor kvara RF ne bi trebo biti manji od 4-8 ohma, za međufazne kvarove, dok za jednofazne kvarove ta vrijednost je znatno veća (10-20 ohma). Ukoliko se u proračun podešenja distantnih zona uđe sa manjim vrijednostima za prelazni otpor kvara RF može se desiti, da mjerena impedansa kvara, zbog većeg iznosa otpora kvara, bude veća od podešene vrijednosti odgovarajuće distantne zone, tako da zaštita ne radi u potrebnom distantnom stepenu.U tom slučaju, iako je kvar npr. u 1 stepenu distantna zaštita vidi kvar u 2 ili 3 stepenu, što može uzrokovati neselektivne ispade u mreži. Karakteristika prorade distantne zaštite je definisana fiksnom karakteristikom na dijagramu impedansi i ista ne smije preči u oblast moguće vrijednosti impedanse opterećenja voda. Kod numeričkih releja ta karaketristika je isključivo poligonalnog oblika (tzv. kvadrilateralna karakteristika) sa tri do pet zona prorade koja uglavnom obuhvata prvi kvadrant R-X kompleksne ravni za direktno usmjerenje releja i treći kvadrant sa smanjenim dosegom impedanse za kvarove u suprotnom smijeru. Kod ranijih izvedbi releja impedantna karaketristika releja je imala i drugačije oblike shodno ograničenjima mjernog člana releja, tako da su bile prisutne i različite kružne karaketristike, usmjerene kružne ili eliptične karaketristike, karaketristika u vidu pravih linija (reaktantna) i dr. Razvoj numeričkih zaštita je omogučio da se karakteristika releja još optimalnije prilagodi stvarnim potrebama i uvjetima u mreži.

8

Proradne karakteristike distantnih releja S porastom napona i dužine voda rasla je i potrebna zona štićenja, odnosno proradna impedansa za kvarove na kraju zone štičenja. Također, povećanje snage prenosa uzrokovalo je da impedansa opterećenja u normalnom pogonu dolazi u opseg podešenja proradne impedanse voda. Releji koji bi reagovali samo na apsolutni iznos impedanse ne bi u tom slučaju mogli razlikovati impedansu opterećenja od impedanse kvar na karaju štićene dionice voda. Zbog toga je potrebno da distantni releji reguju ne samo na apsolutni iznos impedanse nego i na fazni položaj impedanse kvara. Karakteristike distantnih releja najpreglednije je posmatrati u kompleksnoj ravni otpora R-X, kao što je to prikazano na slici 4. Radi važnosti shvačanja proradne karaketristike istu ćemo još jednom objasniti prema slici 5.

Slika 5. Poligonalna karakteristika

Ukupan otpor voda u normalnom stanju je prikazan impedansom A-B. U slučaju kvara impedansa je nešto manja, tako da bi u idealnom slučaju bio potreban mjerni član koji bi djelovao samo onda kada je mjerena impedansa manja od impedanse A-B i kada je fazni položaj jednak jednak kratkospojnom uglu štičenog voda ϕK. Međutim, kako je to već ranije napomenuto, kod stvarnih kvarova u mreži, mjerni član ne mjeri samo impedansu voda, nego i prelazni otpor na mjestu kvara i otpor električnog luka. Ovi otpori na mjestu kvara su čisto omskog karaktera i zbrajaju se za impedansom voda. Da bi relej mogao djelovati prilikom kvara na bilo kojem mjestu duž voda A-B, potrebno je da proradna karakteristika releja izgleda kao na slici (čitavo šrafirano područje). U slučaju kvara na bilo kojem mjestu mjereni otpor ZK pada u šrafirano područje i relej djeluje na isključenje. U slučaju normalnom opterećenja ili preopterećenja voda faktor snage je obično blizak jedinici tako da ugao mjerene impedanse opterečenja (Zload ili Zpog ) kreće u rasponu ±30 stepeni i ne ulazi u zonu djelovanja releja. Stvarne karakteristike releja se manje ili više razlikuju od navedene idealne karakteristike. Zbog mogućnosti različitog faznog položaja struje i napona, postoje različiti mogućnosti mjerenja otpora.Prema vrsti mjerenog otpora distantni releji nose i svoje nazive tako da pored navedenog impedantnog releja postoje i rezistivni releji (mjere samo aktivni otpor R), reaktantni (mjere induktivni otpor X), admitantni (inverzni impedantni, mjere vodljivost Y) i dr. Najjednostavniji su impedantni releji koji mjere jednostavni odnos napona i struje, neovisno o njihovom faznom položaju.Karakteristika takvog impedantnog releja je kružnica sa središtem u koordinatnom početku R-R ravni, ćiji promjer odgovara proradnoj vrijednosti odgovarajuće zone releja (slika 6).

9

Slika 6. Kružna impedantna karakteristika

Pošto proradna vrijednost releja ne zavisi o uglu, relej bi djelovao i u slučaju kvara u suprotnom smjeru štičenja (treći kvadrant). Zbog toga relej ima poseban smjerni član, čija je karakteristika prikazana pravcem koji dijelu kružnicu na dva dijela i koji je okomit na impedansu voda. Karakteristi prorade distantnog releja može biti i pravac (slika 7). U općem slučaju karakteristika pravca može biti predstavljena kao:

Zo=Zpr cos (ϕK-α) gdje je Zo minimalna proradna impedansa releja. Mjenjanjem ugla α može se mijenjati nagib karakteristike. Za α=0 dobije se karakteristika paralelna X osi:

Zpr cosϕK=Rpr=const. Minimalna proradna impedansa Zo zavisi od podešenja releja i može se smatrati konstantnom. Ovakva karakteristika se naziva rezistivna karakteristika releja i predstavljena je na slici 7 (desno) . Usmjerenje releja je prikazano pravcem S-S okomitim na ugao impedanse voda.

Slika 7. Impedantna krakteristika oblika pravca i rezistivna (otporna) karakteristika

Ako je ugao α=90 dobiva se reaktantna karakteristika (slika 8) koja je paralelna R osi i ima se glasi:

Zpr sinϕK=Xpr=const.

10

Slika 8. Reaktantna karakteristika

U praksi se također upotrebljavaju distantni releji koji ne mjere impedansu nego vodljivost štićenog voda. Ovakvi releji se nazivaju inverzni impedantni releji ili MHO releji. Njihova karakteristika se može prikazati jednačinom:

(1/Zpr) cos (ϕK-α)= const U kompleksnoj impedantnoj ravni to je kružnica pomjerena iz koordinatnog početka koja zaklapa ugao α sa R osom i prikazana je na slici 8. Relej reaguje kada mjereni otpor padne unutar kružnice.Pošto kružnica prolazi kroz koordinatni početak, relej djeluje usmjereno tako da ne mora imati dodatni smjerni član. Ovakvi releji se nazivaju MHO releji za razliku od prethodni koji se nazivaju OHM releji. Ako je ugao α=0, u tom slučaju imamo konduktantnu karakteristiku releja (YcosϕK =G), dok u slučaju α=90 imamo susceptantnu karakteristiku (YsinϕK =B) (slika 9).

Slika 8. MHO karakteristika

11

Slika 9. MHO konduktivna (lijevo) i susceptivna (desno) karakteristika

U nastojanju da se karakteristika releja što više približi željenoj karakteristici razvijeni su statički distantni releji sa kvadrilateralnom karakteristikom prema slici 10 koja se može idealno prilagoditi uslovima štićenja. Razvojem i primjenom numeričkih releja ove karakteristike su se dodatno prilagodile i modifikovale za sve tipove i uslove rada mreže.

Slika 10. Kvadrilateralna karakteristika distantne zaštita

U slučaju dvostrano napajanog voda, zbog različitog faznog pomaka između struja koju daju generatori sa jedne i druge strane voda može doći do distorzije impedantnog dijagrama tako da se proradna karakteristika formira da manjim djelom obuhvaća i četvrti kvadrant, tj. karakteristika je djelimićno nageta u odnosu na realnu osu R. Vrste pobudnih članova distantne zaštite Princip rada distantne zaštite sa više stepenasti zona djelovanja podrazumjevao bi da zaštita ima isto toliko nezavisnih organa koji mjere i kompariraju impedansu za svaku zonu djelovanja posebno. S obzirom da se u sistemu mogu pojaviti različiti tipovi kvarova, koji se svode na šest osnovnih (tri za jednopolne kvarova i tri za međufazne kvarove) to bi praktično značilo da zaštita mora imati po jedan mjerni član za svaku vrstu kvara i za svaku zonu. Ovakva zaštita se naziva potpuna višesistemska zaštita ili zaštita sa punom shemom. Iz čisto ekonomskih razloga zaštite u praksi obično nisu takve izvedbe ukoliko se ne radi o distantnim relejima u prenosnim mrežama viših naponskih nivoa (220 i 400 kV vodovi). Distantni releji obično imaju smanjen broj mjernih članova, a u slučaju jednosistemskih zaštita koje se obično koriste do naponskog

12

nivoa 110 kV samo jedan mjerni član. U tom slučaju zaštita mora imati i dopunski mjerni pobudni član koji će aktivirati djelovanje ostalih članova zaštite (mjernog i vremenskog). Pobudni član mora biti takav da pokriva cijelu dužinu štičenog voda, a zbog potrebe i rezervnog djelovanja u slučaju otkaza susjedne zaštite, pobudni član obično pokriva znatno veću oblast. On se može realizovati na više načina i to kao:

- obični prekostrujni član za međufazne kvarove i kvarove sa zemljom (I>, IE>), - U-I ili podimpedantni član (I>, U<), - U-I-ϕ član koji uzima u obzir i položaj vektora impedanse u kompleksnoj ravni otpora ili kao - impedantni član sa fiksnom zonom djelovanja detekcije kvara.

Pobudni član mora biti takav da selektivno detektuje svaku vrstu kvara (faznu selekciju kvara), a istovremeno ne smije da izazove pobudu distantne zaštite u slučaju normalnog pogonskog stanja u mreži.To je posebno važno kod jednopolnih kvarova kada se primjenjuje jednopolni APU. Također u slučaju jednosistemskih zaštita sa samo jednim mjernim članom, pobudni (ili startni član) direktno upravlja izborom mjernih vrijednosti koje se dovode na mjerni organ za distantno mjerenje, a također i za startanje vremenskog organa i funkcije snimanja kvara kod numeričkih mikroprocesorskih uređaja.

Prekostrujna pobuda (I>) Prekostrujna pobuda je najjednostavniji i najbrži način detekcije kvara.Ona se obično koristi u mrežama sa malom impedansom voda i jakim izvorom napajanja gdje je struja kvara dovoljno velika za uspješnu detekcija kvara. U tom slučaju najmanja struja kvara ne bi smijela biti manja od dvostruke vrijednosti max struje opterećenja, tako da se prekostrujni pobudni član obično podešava na 1,2-1,3xImaxpog, za slučaj međufazne detekcije kvara i 0,2-0,3xIn (In-nominalna struja SMT) za jednopolne kvarove. Pobudni član mora imati različito podešenje za međufazne kvarove (I>) i za kvarove sa zemljom (IE>) zbog različite osjetljivosti u pogledu iznosa struje kvara. Na slici 10a prikazana je pobudna karakteristika za jednopolne kvarove sa dva proradna prekostrujna stepena (IE>0,2xIN i IE>>1xIN) koja ima stabilizacijsko djelovanje u području većih struja kvara, kako bi se sprijećila pogrešna detekcija kvara u slučaju nesimetričnih struja ili distorzije struje u sekundarnim krugovima kod pojave zasičenja SMT.

Slika 10a Pobudna karakteristika

U mrežama sa direkto uzemljenom neutralnom tačkom, kakve su sve prenosne mreže, prekostrujna pobuda ima više nedostataka, a neko od njih su:

- minimalna vrijednost struje kvara može biti jednaka ili manja od maksimalne struje opterećenja voda,

13

- kod zamkastih mreža u slučaju kvara u sistemu mogu se pojaviti struje na više vodova znatno veće od struje opterećenja, što može uzrokovati nekorektan rad zaštite. Zbog toga bi trebalo prekostrujni pobudni član podesiti na znatno veči iznos struje, što opet ima za posljedicu nedovoljnu osjetljivost kod minimalnih vrijednosti struja kvara,

- kod jednopolnih kvarova na vodu teku struje i u druge dvije zdrave faze, što otežava ispravnu detekciju faze u kvaru i mogučnost primjene jednopolnog APU-a.

Zbog svega navedenog u VN prenosnim mrežama se najčešće primjenjuje podimpedantna pobuda

Podimpedantna pobuda (U< i I>)

U nekim slučajevima struja kvara na vodu može biti nedovoljnog iznosa za prekostrujnu pobudu (u slučaju slabog izvora ili visoke impedanse izvora, u slučaju paralelnih vodova, u slučaju izolovane ili uzemljene mreže preko prigušnice). Zbog toga je poželjno u detekciju kvara uključiti i napon, kao dodatni startni kriterij za detekciju kvara. Mjereni napon na releju zavisi od impedanse izvora i impedane kvara tj. udaljenosti kvara kao što je to prikazano na slici 11.

Slika 11 i 12. Napona na releju i podimpedantna pobuda

Da bi se spriječio nekorektan rad pobudnog člana u slučaju kada je vod isključen (nema prisustva mjernih napona), podnaponski kriterij je kombiniran sa odgovarajućim strujnim pragom, tako da je isti aktivan samo ako je struja na vodu preko nekog određenog iznosa, obično 0,2-0,3 In. Karakteristika podimpedante pobude je prikazana na slici 12. Sa porastom struje raste i pobudna osjetljivost po naponu. Strujno-naponska karakteristika ima dva stepena, (I>, UI>) i (I>>,UI>>), koji se obično podešavaju na slijedeće vrijednosti: I>(0,3-0,5)xIN, UI>=(30-50%)xUN i I>>(2-2,5)xIN, UI>=(50-80%)xUN.

14

Također, U-I pobuda se posebno podešava za međufazne, a posebno za jednofazne kvarove. Ova vrsta detekcije kvara se često naziva i naponski upravljana prekostrujna detekcija. Da bi se obezbjedila fazna selektivnost zaštita mora imati najmanje tri podimpedantna pobudna člana tj. za svaku fazu po jedan.

Podimpedantna U-I-ϕ pobuda Ona se obično koristi kod jako dugih i opterećenih vodova, kao i u slučajevima paralelnih vodova, kada kod ispada jednog voda drugi vod mora kratkotrajno preuzeti cjelokupno opterećenje koje je veće od nominalnog opterećenja voda. Kod normalnog opterećenja voda impedansa opterećenja se kreće u rangu ± 300, dok u slučaju kvara na vodu ugao mjerene impedanse kvara je obično veči od 600. Zbog toga se kao dodatni startni kriterij pored podimpedantne pobude može koristiti i ugao između struje i napona. Ova karakteristika je prikazana na slici 13, a na slici13a su prikazane uobičajene vrijednosti podešenja po struji i naponu. Također, na slikama se može uočiti razlika u osjetljivosti između obićne U-I i U-I-ϕ karakteristike pobude.

Slika 13.Podimpedantna pobuda

Slika 13a Podešenja releja

Impedantna pobuda (pobuda sa fiksnom impedansom)

15

Impedantna pobuda je bazirana na mjerenju impedanse unutar proradne karakteristike releja koja zavisno od izvedbe distantne zaštite može biti različita. Pobudni član radi na istom principu kao i mjerni član za distantno mjerenje. Kod konvencionalnih releja pobudne kerakteristike su bile uglavnom realizovane kao kružne ili različite modifikacije kružnih (MHO) karakteristika (slika 14) , dok su se kod statičkih izvedbi releja pojavile kvadrilateralne pobudne impedantne karakteristike.

Slika 14 MHO i kvadrilateralne karakteristike

Bez obzira na oblik impedantne karakteristika svaka od karakteristika je manje ili više optimizirana uvjetima u mreži kod normalnog opterećenja, tako da ne prelazi u oblast impedanse opterećenja voda. S druge strane karakteristika treba da omogući dovoljnu kompenzaciju u smijeru R ose kako bi obuhvatio uticaj prelaznog otporana mjestu kvara, a također da ima dovoljan doseg po X-osi kako bi se detektovali udaljeni kvarovi. Razvojem numeričkih releja karakteristika impedantne pobude je znatno poboljšana tako da se može max prilagoditi uvjetima mreže, odnosno štićenog voda. Kod numeričkih distantnih uređaja karakteristika impedantne pobude obično je poligonalna, kao što je to prikazano na slici 15. Ovakva karakteristika je dobro prilagođena uvjetima u mreži i razlikama u pogledu iznosa impedanse kod kvarnog i normalnog pogonskog stanja.

16

Slika 15. Poligonalna karakteristika

Impedansa se odvojeno računa za R i X u cikličnim vremenskim intervalima i komparira sa podešenom pobudnom vrijednošću. X+A je doseg u direktnom smijeru reaktanse, a X-A doseg u inverznom smijeru. Kod podešenja dosega po aktivnom otporu, R se odvojeno podešava za međufazne kvarove (RA1 i RA2) i kvarove za zemljom (RA1E). Podešenjem RA1, RA2 i ugla ϕ (koji se obično podešava između 30-45) postiže se potrebno skračenje pobudne karakteristike u smjeru R ose, kao bi se izbjegla impedansa opterećenja voda u slučaju jako dugih i opterećenih vodova. Na slici 16 prikazane su različite karakteristike impedantne pobude koje se susreču kod numeričkih releja nove generacije. Uglavnom se koriste različite modifikacije poligonalnih, kvadrilateralnih i MHO-karaketristika.

17

Slika 16. Određivanje impedanse kvarnog kruga (petlje kvara) Da bi se odredila udaljenost kvara distantna zaštita mjeri struju i napon odgovarajuče petlje kvara. Kada pobudni član detektuje odgovarajuću petlju kvara mjerni član vrši neophodno mjerenje impedanse kvara na bazi odgovarajučih vrijenosti napona i struju.

Slika 16 Model voda

U slučaju dvofaznog kvara kao na slici 16 imamo:

gdje su U i I kompleksne mjerene vrijednosti faznih napona i struja, a Z kompleksna impedansa kvara. Impedansa linije, odnosno kvara u ovom slučaju je:

U slučaju jednofaznog kvara kao na slici 16a možemo napisati slijedeču jednačinu:

18

Slika 16a.Jednofazni kvar

Impedansa linije, odnosno kvara u ovom slučaju je:

gdje je ZE/ZL tzv. faktor zemlje koji zavisi samo od parametara linije, a ne i od udaljenosti kvara.

ZE/ZL = RE/RL+jXE/XL RE/RL= (R0-R1)/3 XE/XL= (X0-X1)/3 gdje ru R0,X0 i R1, X1, nulta i direktna rezistansa i reaktansa voda respektivno. Karakteristika prorade distantnih zona (karakteristika isključenja) Kod numeričkih zaštita karakteristika prorade je obično poligonalnog oblika sa više zona djelovanja.Obično se koriste karakteristite sa 3 distantne zone, a u nekim slučajevima i sa 5 zona djelovanja. Svaka od zona se neovisno podešava po X i R, po vremenu i usmjerenju. Da bi se osigurala veća rezistivna margina za jednopolne kvarove, karakteristika po aktivnom otporu R se posebno podešava za međufazne i jednofazne kvarove. Isključna karakteristika distantne zaštite tipa 7SA513, prikazana je na slici 17, za slučaj 3 neovisne distantne zone.

19

Slika 17. Jedan primjer karakteristika numeričke zaštite

Prva zona Z1 ima slijedeće parametre: X1-podešenje reaktanse, R1-podešenje rezistanse za međufazne kvarove, R1E-podešenje rezistanse za jednofazne kvarove i T1-vrijeme djelovanja (obično osnovno vrijeme djelovanja releja 15-25 ms) Druga zona Z2: X2-podešenje reaktanse, R2-podešenje rezistanse za međufazne kvarove, R2E-podešenje rezistanse za jednofazne kvarove i T2-vremensko zatezanje (uobićajeno 0,3 s). Treća zona Z3: X3-podešenje reaktanse, R3-podešenje rezistanse za međufazne kvarove, R3E-podešenje rezistanse za jednofazne kvarove i T3-vremensko zatezanje (uobićajeno 0,6 s ). Pored navedene tri distantne zona zaštita obično ima i dodatne upravljive zone (Z1B) koje se aktiviraju preko odgovarajućih logičkih uvjeta, za potrebe ubrzanja prvog stepena (ili skračenje djelovanja drugog stepena kod korištenja teleprotection funkcije, APU i dr. Sve navedene zone mogu se neovisno podešavati u direktnom i inverznom (suprotnom) smijeru ili kao neusmjerene. Više govora o upravljivim zonama biće riječi u posebnom poglavlju kada budemo govorili o daljinskom povezivanju zaštita na oba kraja voda za potrebe brze eliminacije kvara, djelovanjem zaštita na oba kraja voda u prvom stepenu bez obzira na mjesto kvara.

Zaštita od nihanja (oscilacija) snage u sistemu

U slučajevima dinamičke nestabilnosti sistema uzrokovanim asinhronizmom u radu generatora, koji se obično javlja kao posljedica nekog od poremećaja u mreži, može doči do pojave snažnih oscilacija, odnosno njihanja snage u sistemu. Takva pojava se manifestuje znatnim promjenama napona i struja koje

20

su mnogo veće od uobičajenih struja opterećenja u mreži. S obzirom da je ova pojava izražena u čitavom sistemu, a ne samo na jednom dalekovodu, distantna zaštita ne bi trebala da djeluje na takve pojave i uzrokuje nepotrebne ispade u mreži. Njihanje u sistemu je pračeno oscilacijama napona uzrokovanih razlikom u iznosu faznih vrijednosti napona, zbog djelimičnog asinhronizma generatora u elektranama, što ima za posljedicu pojavu velikih struja u mreži kao što je to prikazano na slici 18.

Slika 18.Dvomašinski sistem

Njihanje snage u sistemu je simetričan trofazni poremećaj, tokom kojeg dolazi do njihanja impedanse koja može poprimiti različite vrijednosti i po iznosu pasti u zonu podešenja distantne zaštite. Da bi se detektovalo njihanje u sistemu distantna zaštita mjeri promjenu vektora impedanse na bazi poligonalne impedantne pobudne karakteristike ili preko posebne karakteristike namjenjene za ove svrhe. Karakteristika pobude za detekciju njihanja u sistemu može se realizovati preko dva impedantna mjerna člana, kao što je to prikazano na slici 19. Unutrašnja karakteristika iznosi oko 80% podešenja vanjske karakteristike i obično je dvostruko veča u X smijeru u odnosu na R.

21

Slika 19.Karakteristike za detekciju njihanja U slučaju trofaznog kvara u mreži mjerena impedansa gotovo trenutačno mijenja vrijednost od impedanse opterećenja do impedanse kvara što je prikazano karakteristikom 1 na slici 19. U slučaju njihanja u sistemu trofazna impedansa kvara se relativno sporo mijenja od veće ka manjoj vrijednosti i obrnute, što je prikazano simbolično karakteristikama 2,3. U slučajevima potpunog gubitka sinhronizma u sistemu mjerena impedansa kvara može preči kompletnu oblast impedanse predstavljene karakteristikom na slici 19 (karakteristika 4). Detekcija njihanja sistema bazirana je na mjerenju vremena koje protekne između dostizanja prvog i drugog impedantnog nivoa proradne karakteristike, tj. na mjerenju odnosa promjene vektora impedanse u odgovarajućem vremenu (dZ/dt).Ukoliko je odnos promjene vektora impedanse manji od podešene vrijednosti u odgovarajućem vremenu ∆t, (za slučaj DZ 7SA513, ukoliko je promjena impedanse manja od 5 ohma u vremenu od ≥ 35ms) distantna zaštita detektuje oscilacije u mreži. Podešenje funkcije njihanja u sistemu može biti slijedeće:

- blokada djelovanja svih zona distantne zaštite (uobićajeno podešenje) - blokada djelovanja svih zona osim Z1 - blokada samo Z1, ostale nisu blokirane i dr.

Funkcija njihanja sistema je aktivna sve dok mjerena vrijednost impedanse ne izađe iz oblasti pobudne karakteristike, ili dok se ne aktivira zemljospojna pobuda.

Funkcija rezervne (back-up) prekostrujne zaštite

Svaka distantna zaštita pored osnovne funkcije distantnih zona posjeduje i prekostrujnu zaštitu, kao rezervnu zaštitu u slučaju blokade rada distantne zaštite. Ona obično posjeduje dva stepena podešenja, (I> i I>>), odvojeno za međufazne kvarove i kvarove sa zemljom. Karakteristika prorade može biti strujno nezavisna ili strujno zavisna vremenska karakteristika. Funkcija prekostrujne zaštite može biti realizirana tako da radi paralelno sa distantnom funkcijom ili da bude aktivna samo u slučaju nestaka mjernih napona za distantnu zaštitu. U slučaju gubitka mjernih napona, blokira se funkcija distantne zaštite, a aktivira rezervna prekostrujna zaštita. Mjerni naponi sa NMT iz mjernog polja mogu biti neraspoloživi zbog ispada zaštitnog automata u mjernim krugovima, pregaranja osigurača ili prekida vodiča u mjernim naponskim krugovima. U tom slučaju distantna zaštita gubi informaciju o naponu (tačnije dobiva pogrešnu informaciju) i može nekorektno djelovati. Zbog toga distantna zaštita vrši stalni monitoring mjernih naponskih krugova tako da u slučaju kvara u sekundarnim naponskim mjernim krugovima (bilo zbog ispada automata, pregaranja osigurača i sl.) blokira se funkcija podimpedantnog mjerenja, a aktivira funkcija prekostrujne zaštite kao rezervne zaštite voda. Normalo u tom slučaju radi se o neusmjerenoj prekostrujnoj zaštiti, tako da podešenje njenog vremenskog člana treba odrediti prema podešenju distantnih zona 2 i 3 stepena susjednih objekata, kako bi ipak koliko-toliko selektivno djelovala.

Funkcija visokoosjetljive zemljospojne zaštite

U pojedinim slučajevima jednopolnih kvarova prelazni otpor kvara može biti mnogo veći od dosega

impedantnih mjernih zona. Kod ovakvih tzv. visokoomskih kvarova potrebno je da distantni uređaj posjeduje i funkciju zemljospojne zaštite koja bi trebala biti usmjerenog karaktera kako bi se ostvarilo selektivno dvostrano isključenje kvarnog voda. Zemljospojna funkcija radi na principu komparacije rezidulane komponente struje 3Io i napona 3Uo i ugla između njih, na sličnom principu kao kod

22

zemljospojne zaštite u distributivnim mrežama. Struja 3Io kasni za naponom 3Uo za ugao koji je obično između 40-90 stepeni, tako da se maksimalna osjetljivost postiže sa podešenjem ugla prorade na 65 stepeni.

Teleprotection funkcije distantne zaštite (daljinsko povezivanje distantnih releja)

Daljinskim povezivanjem distantnih zaštita na oba kraja voda, može se postići apsolutna selektivnost štićenja na čitavoj dužini voda sa minimalnim vremenom djelovanja zaštite. U tom slučaju zaštite na oba kraja voda isključuju kvarni vod gotovo istovremeno sa veoma kratkim vremenskim zatezanjem reda 30-50 ms. Za te svrhe distantni releji mora pojedovati odgovarajući komunikacioni interfejs (komunikacioni kanal) za predaju i prijem binarnih informacija ( 0 ili 1) o stanjima distantnih releja na suprotnom kraju voda. Kao komunikacioni vodić za povezivanje distantnih releja možu se koristiti različiti mediji (fiberoptički kablovi i različite žičane veze) kao što je to prikazano na slici:

Komunikacione sheme koje se koriste za povezivanje zaštita na oba kraja voda su mnogobrojne, ali se mogu podvesti pod dvije glavne grupe:

- blokadne komunikacione sheme (sheme kod kojih prenešeni signal blokira isklop prekidača pod odgovarajućim uvjetima)- (blocking schemes)

23

- indirektne komunikacione sheme (sheme kod kojih prenešeni signal uzrokuje isklop prekidača pod odgovarajućim uvjetima)- (permissive intertrip tripping schemes)

Kod prve varijante komunikacioni signal od zaštite s jednog kraja voda se prenosi (CS) na drugi kraj voda, kada je kvar detektovan u suprotnom smijeru koji blokira trenutno djelovanje zaštite na drugom kraju voda. Isklop će biti omogućen samo ako blokadni signal nije primljen (CR) u odgovarajućem vremenskom periodu (To=20-40 ms) i ukoliko je relej na drugom kraju detektovao kvar u direktnom smijeru. Uslov za djelovanje zaštite može se prikazati kao:

Trip= ZM1+ZM2(t2+CRxTo)+ZM3xt3 Kod druge varijante komandni signal se prenosi na drugi kraj voda kada je kvar detektovan u direktnom smijeru. Isklop je omogućen kada je komandni signal primljen (CR), a relej je također detektovao kvar u direktnom smijeru. Uslov za djelovanje zaštite može se prikazati kao:

Trip= ZM1+ZM2(t2+CR)+ZM3xt3 U ovom slučaju moguće su različite logike rada kao što su: - indirektno daljinsko isključenje sa uslovnim skračenjem vremena prorade, - indirektno daljinsko isključenje sa uslovnim produženjem prve zone (overrerach Z1B and acceleration

Z1B) - indirektno daljinsko isključenje sa povećanim dosegom (overreaching scheme) U nastavku ćemo analizirati nekoliko tipičnih slučajeva komunikacionih shema: Na slici 20 je data principijelni blok dijagram komunikacione sheme na bazi skračenog dosega (underreach-1 stepen) i uslovnog skračenja vremena odrade zaštite kod detekcije kvara na drugom kraju voda (tj. ubrzanje djelovanja zaštite na drugom kraju voda) . Ukoliko je kvar nastupio na vodu i zaštita 1 je vidjela kvar u 1 stepenu, predajni uređaj T zaštite 1 šalje signal prijemnom uređaju R na drugom kraju voda (zaštita 2) koji inicira isklop ukoliko je zaštita 2 detektovala kvar u direktnom smijeru. Pomoću vremenskih članova Td,Ts i Tr može de dodatno podesiti zatezanje i prolongiranje vremena predaje i prijema signala distantnih uređaja. Na slici 21 je data blok shema teleprotection funkcije na bazi uslovnog produženja prve zone tj. ubrzanja prvog stepena distantne zaštite-Z1B. Princip rada je veoma sličan prvom slučaju, s tom razlikom što zaštita na drugom kraju voda djeluje na isključenje ako je detektovala kvar sa produženim dosegom prvog stepena (Z1B) u direktnom smijeru, a ne sa funkcijom detekcije kvara. Kod kvara na početku voda , zaštita 1 vidi kvar u 1 stepenu (djeluje na isključenje) i šalje signal zaštiti na drugom kraju voda. Po dobijanju signala zaštita 2, mijenja svoje podešenje 1 zone (sa 80-90 % dužine voda) i produžava 1 zonu djelovanja na Z1B (120-130 % dužine voda), tako da vidi kvar u 1 stepenu i odmah djeluje na isključenje.Vrijeme djelovanja zaštite 2 je nešto duže od zaštite 1 za vrijeme potrebno za prenos informacije i vremena djelovanja prve zone. U nekim izvedbama distantnih zaštita umjesto produžene zone Z1B, koristi se zona 2 za detekciju kvara na drugom kraju voda jer ona pokriva čitavu dužinu voda (120-130 % ), sa ubrzanjem vremena djelovanja ukoliko je zaštita primila signal sa drugog kraja voda koji je vidio kvar i 1 stepenu.

24

Slika 20

Slika 21

25

Treća varijanta povezivanja distantnih zaštita je tzv indirektno daljinsko isključenje sa povećanim dosegom zaštita na oba kraja voda, slika 22. U ovom slučaju zaštite na oba kraja voda su podešene tako da u prvom stepenu obuhvataju 120-130% dužine voda (produženi 1 stepem-Z1B), tako da obuhvataju i sabirnice i dio voda susjednog objekta. Kod kvara na vodu obje zaštite će proraditi u prvom stepenu i ta činjenica se koristi za davanje naloga za isključenje prekidača na oba kraja. Informacija o proradi zaštite na jednom kraju voda se prenosi na drugi kraj i obrnuto preko odgovarajućeg komunikacionog kanala. Uslov za isključenje voda je da zaštite dobiju informaciju s drugog kraja voda.

Slika 22.

Automatski ponovni uklop (APU)

Analiza kvarova pokazuje da od ukupnog broja kvarova najmanje 80 % su prolaznog karaktera, koji išćezavaju veoma brzo nakon obostranog isključenja voda, tako da postoji velika opravdanost ponovnog uključenja voda nakon njegovog ispada. Tu ulogu obalja funkcija automatskog ponovnog uključenja, koja je obično sastavni dio distantne zaštite. Tehnika APU je vrlo efikasna sa stanovišta neprekidnosti, a time i

26

kvaliteta u napajanju električnom energijom, tako da se vrlo ćesto koristi i u prenosnim i u distributivnim nadzemnim mrežama. Prema dužini beznaponske pauze razlikuju se vrlo brzi (0,2-0,7 s), brzi (0,8-1,5 s), spori ( 1,5-10 s) i vrlo spori (1-3 min) APU, Prema broju faza koje se isključuju razlikujemo tropolni, jednopolni i jednopolni + tropolni APU. Prema broju ponovnih uklopa APU može biti jednokratni, dvokratni i višekratni. U prenosnim mrežama se obično koristi brzi APU, jednopolni ili tropolni zavisno od vrste kvara na vodu i to samo jedan ciklus ponovnog uključenja (jednokratni APU), dok kod distributivnih vodova koristi i kombinacija brzog i sporog APU. Statistički podaci govore da većina prolaznih kvarova se eliminiše u prvom ciklusu, tako da se on uglavnom i koristi. Veoma spori APU u drugom ciklusu se koristi samo na distributivnim vodovima u TS bez stalne posade, sa vremenom beznaponske pauze 1-3 min. U slučajevima kada kvar i isključenje voda može uzrokovati gubitak sinhronizma, uz funkciju APU neophodno je vršiti i provjeru sinhronizma na vodu koji se uključuje. Ukoliko se provjera sinhronizma ne vrši koristi se samo jednopolni APU. Aktiviranje uređaja za APU obično se vrši preko naloga djelovanja zaštite. U prenosnim mrežama to je prorada distantne zaštite u 1 stepenu (ponekad i u 2 stepenu), a u srednjenaponskim mrežama prorada prekostrujne trenutne zaštite. Nakon prorade zaštite, relej daje nalog za isključenje prekidača i istovremeno nalog za pobudu uređaja APU. Nakon isteka podešenog vremena beznaponske pauze APU daje nalog za ponovni uklop prekidača, nakon ćega je APU blokiran određeno vrijeme (10-60 s) jer pogon prekidača nije odmah spreman za ponovno uključenje. Nakon isteka tog vremena APU je ponovno spreman za djelovanje. Na izbor podešenja APU-a od uticaja su slijedeći faktori:

- vrijeme potrebno za dejonizaciju mjesta kvara (gašenje luka bez ponovnog paljenja) - dozvoljena beznaponska pauza s aspekta stabilnosti sistema - karakteristike prekidača - naponski nivo i tip mreže.

Praktična ispitivanja su pokazala da se luk gasi sporije što je naponski nivo mreže veći, ali to vrijeme obično nije veće od 0,3 s kod tropolnog isključenja, dok u slučaju jednopolnog isklopa zbog uticaja kapaciteta zdravih faza u direkto uzemljenim mrežama i jako dugih vodova to vrijeme može biti nešto veće i do 1 s. U distributivnim mrežama mora se uzeti u obzir i uticaj asinhronih mašina koji s jedne strane traže što kraće vrijeme beznaponske pauze, a s druge strane povećavaju vrijeme gašenja luka jer izvjesno vrijeme podržavaju napajanje mjesta kvara. Zbog toga u distributivnim mrežama brijeme beznaponske pauze prije ponovnog uklopa ne bi smjelo biti kraće od 0,5 s. Uticaj kvarova i poremećaja na stabilnost sistema zavisi od niza faktora od kojih su najvažniji konfiguracije mreže i izvora električne energije. Ukoliko je mreža razgranatija sa više rezevrnih vodova, u smislu prenosa električne energije, ispad jednog voda ne narušava stabilnost prenosa, te se postavljaju i jednostavniji zahtjevi za podešenje APU-a. S stanovišta prekidača, primjena APU-a postavlja i odgovarajuće zahtjeve za prekidač, odnosno pogon prekidača. Pogon prekidača mora biti jednopolni (svaki pol prekidača mora imati svoj pogon) kako bi se mogao koristiti jednopolni APU, ne smije bit asinhronizma uklapanja polova i također pogon prekidača treba da omogući ciklus brzog i sporog APU-a. Također, ukoliko se koristi vremenski relej nesklada polova prekidača, koji ima ulogu da onemogući trajni nesklad jednopolnog pogona prekidača, ovaj relej treba podesiti na veće vrijeme u odnosu na vrijeme rada APU-a, kako isti ne bi nepotrebnoi djelovao na isključenje preostalih polova prekidača, dok je APU u radu. Također, funkcija APU mora ispuniti i neke dodatne zahtjeve, u pogledu izbora režima rada i ručnog uključenja voda na kvar. Kod primjene tropolnog režima rada, APU treba da isključi i uključi sva tri pola prekidača iako je zaštita detektovala kvar samo u jednoj fazi, dok kod jednopolnog APU funkcija APU treba da omogući isključenje i uključenje samo jednog pola prekidača tokom prvog uklopa, odnosno da

27

isključi sva tri pola prekidača (definitivno isključenje) ukoliko je kvar i dalje prisutan (trajni kvar) na vodu. Kod ručnog uključenja voda funkcija APU treba biti blokirana određeno vrijeme (obično > 5 s), kako bi se spriječio ponovni uklop kod uključenja na kvar. Funkcija APU posjeduje i neke dodatne elemente kao što su: proslijeđivanje informacije distantnoj zaštiti za produženje dosega odgovarajućih distantnih zona, aktiviranje uređaja za sinhronizaciju, signalizacija rada i dr. U našim mrežama se APU koristi na gotovo svim prenosnim vodovima, osim onih kojih prelaze preko naseljenih područja. Koristi se brzi jednokratni APU jednopolni/tropolni sa beznaponskom pauzom od 1 s. U slučaju jednofaznih kvarova APU je jednopolni, a u slučaju dvo/trofaznih kvarova APU je isključivo tropolni. Na 220 i 400 kV vodovima aktivan je samo jednopolni AP, bez funkcije provjere sinhronizma, jer kod jednopolnog isključenja sinhronizam na vodu je zadržan.. Na slici 23 je prikazan ciklus vremenskih sekvenci rada APU. Tumačenje oznaka na slici:

- Fault detec.- Detekcija kvara i prorada zaštite - Trip - nalog isklopa prekidača - Reclose – nalog ponovnog uklopa - Action time – vrijeme djelovanja APU-a - Discrimination time – razlika vremena - Reclaim time – vrijeme vračanja voda pod napon - RAR – brzi APU - DAR – spori APU - 1 st dead time – vrijeme beznaponske pauze (oko 1 s) prvog ciklusa APU-a - 2 st deat time – vrijeme blokade APU, odnono vrijeme beznaponske pauze (> 10 s) drugog ciklusa

APU-a

Slika 23. Vremenski dijagram rada APU-a

28

Ostale pomoćne funkcije distantnih numeričkih uređaja

Funkcija lokatora kvara: Sastavni dio numeričkog distantnog uređaja je i funkcija lokatora kvara, koja radi neovisno od

distantnog mjerenja pojedinih distantnih zona. Funkcija lokatora kvara bazirana je samo na mjerenju reaktanse X, a ne i rezistanse voda R, kako bi uticaj prelaznih otpora bio isključen. Lokator kvara se podešava prema ukupnoj reaktansi voda, a aktiviranje funkcije lokatora može biti inicirano nalogom za isključenje neke od funkcija distantne zaštite ili detekcijom kvara, kao i eksterno preko nekog od binarnih ulaza. Podaci o lokaciji kvara na vodu mogu biti predstavljeni u kilometrima ili % ukupne dužine voda ili direktno u ohmima.

Funkcije mjerenje efektivnih vrijednosti električnih veličina: Numeriči uređaji vrše kontinuirano mjerenje efektivnih vrijednosti odgovarajućih električnih

veličina i pohranjuju u ciklični buffer. Prikaz mjernih veličina može biti direktno u primarnim vrijenostima ili % nazivne vrijednosti odgovarajuće električne veličine.

Monitoring funkcije: Numerički uređaji posjeduju odgovarajuće monitoring funkcije koje vrše stalni monitoring

hardverske strukture i softverskih funkcija uređaja, kao i stalni monitoring strujnih i naponskih mjernih krugova koji se uvode u relej. Hardverski monitoring obuhvata monitoring prisustva pomoćnog napajanja zaštite, monitoring procesora i referentnog napona A/D konvertora, monitoring pojedinih harverskih ulazno izlaznih modula i sl. Za kontinuiran monitoring softverskih sekvenci numerička zaštita ima odgovarajuči watch-dog tajmer koji daje nalog za resetovanje procesora u slučaju greške istog. Monitoring eksternih strujnih i naponskih mjernih krugova obuhvata nadzor nad sekundarnim krugovima SMT i NMT. On je zasnovan na kontroli simetričnosti faznih struja i napona u normalnom pogonskom stanju. U slučaju greške u sekundarnim krugovima (npr. pregaranje osigurača u naponskim krugovima, prekida ožičenja strujnih ili naponskih krugova ili kratkog spoja u sekundarnim krugovima i sl.), uslovi nesimetrije su narušeni i zaštita detektuje i signalizira kvar u sekundarnim mjernim krugovima.

Snimanje podataka o kvarovima: Jedna od najveći prednosti numeričkih zaštita je mogućnost snimanja i pohranjivanja podataka o

detektovanim kvarovima. Pored uobićajenog zapisa o signalizaciji djelovanja zaštitne ili bilo kojeg drugog događaja, uređaj također vrši pohranjivanje snimljenih vrijednosti odgovarajućih električnih veličina tokom kvara u mreži. Funkcija snimanja podataka o kvaru radi na bazi sempliranja trenutnih vrijednosti struja i napona sa rezolucijom od 1 ms i iste pohranjuje u odgovarajući ciklični buffer. Pobudu za snimanje može inicirati isklop (trip) ili pobuda bilo koje zaštitne funkcije. Također, zaštita snima najmanje 5 ciklusa prije i 5 ciklusa nakon kvara kako bi analiza kvara bila potpuna. Ukupno vrijeme snimanja je obično 3-5 s i ono se može posebno podešavati, kao i vrijeme snimanja prije i poslije kvara. Zaštita ima mogućnost snimanja više

29

kvarnih događaja (obično od 3 do10). Za iščitavanje i prikaz podataka o kvarovima koristi se odgovarajući softver proizvođača zaštitnih uređaja. Na kraju je potrebno spomenuti da numerički uređaji pružaju mogućnost izbora više grupa podešenja (A,B,C i D). Normalno, istovremeno može biti aktivna samo jedna izabrana grupa podešenja. Izbor grupe podešenja može se vršiti direktno u pogonu preko raspoloživog komunikacionog interfejsa (preko PC ili HMI), ili preko nekog od konfigurabilnih binarnih ulaza. Na kraju možemo dati shematski prikaz svih funkcija numeričke višefunkcijske zaštite (slika 24).

Slika 24.Numerička zaštita voda