Protectia Impotriva Punerilor la Pamant a Retelelor de Medie Tensiune

FACULTATEA DE INGINERIE

SECIA ENERGETIC INDUSTRIAL

PROIECTDE DIPLOM TEMA PROIECTULUI:PROTECTIA IMPOTRIVA PUNERILOR LA PAMANT A RETELELOR DE MEDIE TENSIUNE

INDRUMTOR: STUDENT:

Prof.Univ.Dr.Ing. GHEORGHE HAZI grupa 951 EI 2007CUPRINSCAPITOLUL 1 PROBLEME GENERALE ALE INSTALATIILOR DE PROTECTIE PRIN RELEE UTLIZATE IN SISTEMELE ELECTROENERGETICE1.1 Introducere

1.2 Criterii de performan impuse proteciilor prin relee

1.3 Schema de principiu a unei instalaii de protecii prin relee

1.4 Clasificarea instalaiilor de protecie prin relee1.5 Protecii de baz, de rezerv i auxiliare

CAPITOLUL 2 DEFECTE l REGIMURI ANORMALE N INSTALAIILE ELECTROENERGETICE 2.1. Tipuri de defecte si regimuri anormale

2.2. Particularitatile calcului curentilor de scurt circuit pentru proiectarea releelor

2.3 Scurtcircuite bifazate si trifazate

2.4 Scurtcircuitul monofazat

2.5 Puneri la pamant in retelele cu curenti mici de punere la pamant

Capitolul 3 Protectia retelelor de MEDIE TENSIUNE

3.1 Tipuri de protecie utilizate n reelele de MT cu neutrul izolat3.2 Tipuri de protecii utilizate n reelele de MT cu neutrul compensat 3.3 Metode de identificare a defectelor monofazate n reelele de MT cu neutrul legat la pmnt prin rezisten de limitareCAPITOLUL 4 LUCRARE DE LABORATOR PROTECTIA IMPOTRIVA PUNERILOR LA PAMANT A RETELELOR DE MEDIE TENSIUNECONCLUZIIBIBLIOGRAFIECAPITOLUL 1

Probleme generale ale instalaiilor de protecie prin relee utilizate n sistemele electroenergetice

1.1 Introducere

Una din principalele condiii care se pun instalaiilor electrice este aceea a siguranei n funcionare, adic a alimentrii continue cu energie electric a consumatorilor.

Asigurarea funcionrii fr ntrerupere a instalaiilor electrice are o importan deosebit, att datorit faptului c urmrile perturbaiilor n funcionare pot fi foarte grave, ct i faptului c instalaiile electrice sunt mai expuse deranjamentelor dect alte genuri de instalaii.

Gravitatea urmrilor perturbaiilor provine n primul rnd din faptul c, un defect aprut ntr-un loc al sistemului electroenergetic poate afecta funcionarea ntregului sistem, iar n al doilea rnd poate conduce la efecte distructive extrem de mari.

Rolul principal al proteciei prin relee i al automatizrilor folosite n electroenergetic const n limitarea efectelor avariilor aprute i n asigurarea alimentrii fr ntrerupere cu energie electric a consumatorilor [5].

Protecia prin relee a unei instalaii electrice este format din totalitatea aparatelor i dispozitivelor destinate s asigure n mod automat deconectarea instalaiei n cazul apariiei unui defect sau regim anormal de funcionare, periculos pentru instalaie; n cazul defectelor i regimurilor anormale care nu prezint un pericol imediat, protecia prin relee nu comand deconectarea instalaiei, ci semnalizeaz apariia regimului anormal.

Deconectarea se efectueaz prin comanda declanrii ntreruptoarelor care leag echipamentul protejat (EP) la celelalte elemente ale sistemului energetic (SE).

Separarea automat a instalaiei defecte de restul sistemului electric (SE) urmrete trei obiective [9]:

a) S mpiedice dezvoltarea defectului, respectiv extinderea efectelor acestuia cu afectarea altor instalaii din sistemul electric (SE).

b) S prentmpine distrugerea instalaiei n care a aprut defectul, prin ntreruperea rapid a tuturor posibilitilor de alimentare a defectului.

c) S stabileasc un regim normal de funcionare pentru restul sistemului electric, asigurnd astfel n condiii ct mai bune continuitatea alimentrii consumatorilor.1.2 Criterii de performan impuse proteciilor prin relee

Pentru ndeplinirea n condiii ct mai bune a obiectivelor descrise mai sus, dispozitivele de protecie, indiferent de tipul lor trebuie s rspund unor criterii de performan dintre care amintim: rapiditatea, selectivitatea, sensibilitatea, sigurana n funcionare, independena fa de condiiile exploatrii, economicitatea.

1.2.1. Rapiditatea. Rapiditatea este una dintre cele mai importante condiii pe care trebuie s o ndeplineasc o instalaie de protecie. Necesitatea unei acionri rapide rezult din pericolele pe care le prezint ntrzierea lichidrii scurtcircuitelor, acestea provocnd deteriorarea echipamentelor, scderi importante ale tensiunii i pierderea stabilitii funcionrii n paralel a centralelor electrice de sistem.

Aciunea termic se produce datorit energiei degajate sub form de cldur n spaiul n care se produce un scurtcircuit, energie care variaz proporional cu timpul, are valori foarte ridicate i determin creteri locale de temperatur ce conduc la topirea conductoarelor, distrugerea izolaiilor i chiar incendii.

Pentru asigurarea stabilitii termice n timpul scurtcircuitelor, seciunea conductoarelor se calculeaz cu relaia:

(1.1)

unde: este valoarea efectiv a curentului de scurtcircuit n regim staionar;

- timpul fictiv, este timpul n care curentul avnd valoarea staionar a curentului de scurtcircuit ar degaja aceeai cantitate de cldur ca i curentul real de scurtcircuit, n timpul real de existen a acestuia;

K constant cu valori cuprinse ntre 0,8 ( 1.

Pentru ca dimensionarea conductoarelor s se fac n condiii de funcionare normale (se calculeaz Sn pe baza densitii economice de curent), trebuie ca din relaia (1.1) s se procedeze la reducerea timpul fictiv tf, deci creterea rapiditii de acionare a proteciei, prin aceasta reducndu-se valoarea lui Ssc pn aproape de valoarea Sn.

Apariia unui scurtcircuit are drept consecin o cretere a cderilor de tensiune pe reactanele elementelor sistemului. Este posibil ca tensiunile remanente Urem, msurate pe barele serviciilor interne sau pe barele altor consumatori, s se situeze sub valorile tensiunilor de autopornire ale motoarelor electrice asincrone, motoare cel mai frecvent utilizate n serviciile interne din centrale i la consumatori.

Cuplul motor Cm al motoarelor asincrone este proporional cu ptratul tensiunii aplicate U, respectiv,

(1.2)

unde A este un factor de proporionalitate, motoarele asincrone micorndu-i turaia la scderea tensiunii.

Pentru valorile tensiunii Urem ( 0,7 Un, se poate produce ieirea din funciune a motoarelor asincrone care acioneaz pompele de la serviciile interne din centrale, cu consecine foarte grave asupra ntregii centrale.

Aceleai defecte se pot produce i la ali consumatori dac scurtcircuitul nu este lichidat la timp [9, 25].

Influena asupra stabilitii dinamice a sistemului se poate analiza pe caracteristica puterii P funcie de unghiul ( dintre rotoarele generatoarelor echivalente centralei C i sistemului S (fig.1.1a i 1.1b).

Puterea surselor n regim normal de funcionare, presupunnd c turbina funcioneaz la putere constant (dreapta Pturbin = ct), este reprezentat de curba I. n cazul unui scurtcircuit pe linia L1 n punctul K, curba de putere devine II iar dup lichidarea defectului, cnd rmne n funciune numai linia L2, puterea este reprezentat prin curba III.

Cu ct defectul este lichidat mai rapid, cu att va fi mai mic unghiul (decl (existent n momentul deconectrii liniei L1) corespunztor trecerii de pe caracteristica II pe caracteristica III. Ca urmare va crete aria de frnare Afrnare, reducndu-se aria de accelerare Aaccelerare, mbuntindu-se astfel condiiile de meninere a stabilitii.

Lichidarea cu ntrziere a defectului provocat de funcionarea cu ntrziere a instalaiei de protecie, poate provoca pierderea stabilitii sistemului i ieirea din sincronism a centralelor. Valoarea unghiului (decl. conduce n acest caz la o arie de accelerare mai mare dect aria de frnare.

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

Pentru reelele de foarte nalt tensiune (400 750 kV), timpul minim de deconectare a unui defect de ctre o instalaie de protecie se situeaz n prezent la valori de td = 0,015(0,1 sec.

Pentru liniile de 110 220 kV care pleac din centralele termoelectrice, se impune un timp de aproximativ 0,12(0,3 sec, iar pentru reelele de distribuie timpul impus pentru lichidarea defectelor este de cuprins ntre 0,5(2 sec [9, 25].

1.2.2. Selectivitatea. Condiia de selectivitate a unei instalaii de protecie, const n proprietatea acesteia de a deconecta numai elementul n care a aprut defectul, toate celelalte elemente ale sistemului rmnnd n funciune.

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

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

O asemenea lichidare a defectului arat o funcionare neselectiv a proteciei. Pentru o funcionare selectiv este necesar ca proteciile s comande declanarea numai a ntreruptoarelor 5 i 6, pstrndu-se astfel continuitatea n alimentare a consumatorilor de pe bara D, prin linia L4.

Metodele de asigurare a selectivitii proteciilor sunt:

temporizarea,

direcionarea,

reglajul de curent.

Unele protecii, prin nsui principiul lor de realizare, pot aciona numai la scurtcircuite din interiorul zonei protejate, posednd o selectivitate absolut folosind informaii de la dou extremiti ale zonei protejate - numite protecii absolut selective, sau folosind informaii de la o singur extremitate a zonei protejate, numite protecii relativ selective [9, 13, 25 ].

1.2.3. Sensibilitatea. Prin sensibilitate se nelege proprietatea proteciei de a

aciona la defecte sau regimuri anormale orict de mici ale regimului normal de funcionare. Astfel o protecie maximal de curent va fi cu att mai sensibil, cu ct va aciona la abateri ct mai mici ale curentului fa de valoarea nominal din circuitul protejat. Sensibilitatea se apreciaz cantitativ prin coeficientul de sensibilitate ksens, care pentru proteciilor maximale reprezint raportul dintre valoarea minim a parametrului controlat n cazul unui defect metalic la captul zonei protejate Mmin i valoarea de pornire a proteciei Mpp.

(1.3)

Pentru proteciei maximale de curent, coeficientul de sensibilitate este dat de relaia

(1.4)

n care: este valoarea minim posibil - la un timp egal cu timpul de acionare al proteciei a componentei alternative a curentului, n cazul unui scurtcircuit metalic n zona protejat;

- valoarea curentului de pornire al proteciei.

Valorile coeficientului de sensibilitate sunt cuprinse de obicei ntre 1,2 i 2,5 fiind stabilite de normative [39].

ndeplinirea acestor condiii de sensibilitate este n multe cazuri dificil de realizat deoarece n reelele de nalt tensiune, cu linii de transport lungi i puternic ncrcate, n cazul unui defect deprtat de locul de montare al proteciei, curenii de scurtcircuit pot fi comparabili sau chiar mai mici dect curenii maximi de sarcin. n aceste cazuri este necesar utilizarea unor protecii complexe, cum ar fi proteciile de distan, etc. care deosebesc regimul de defect de regimul normal de funcionare prin intermediul altor indici, dect simpla cretere a curentului [9, 13].

1.2.4. Sigurana n funcionare. Prin aceasta se nelege calitatea proteciei de a sesiza defectul pentru care a fost prevzut, de a nu avea refuzuri sau acionri false cnd nu au aprut defecte n instalaia protejat. Pentru obinerea siguranei n funcionarea proteciei sunt necesare dou condiii: protecia s fie corect proiectat (din punct de vedere al schemelor, al valorilor de reglaj, etc.), i echipamentul tehnic s posede un nivel ridicat de fiabilitate (sigurana echipamentului, respectiv absena defeciunilor acestui echipament). Schemele de protecie cu ct sunt mai simple, cu att ntreinerea lor este mai uoar, evitndu-se de asemenea riscurile defectelor.

Un grad ridicat de fiabilitate se obine prin utilizarea unor elemente de calitate superioar i evitnd complicarea inutil a schemelor de protecie pentru defecte care, practic nu pot apare [9, 13, 25].

1.2.5. Independena fa de condiiile exploatrii. Protecia trebuie s funcioneze corect, independent de schema de conexiuni a sistemului electric n momentul producerii defectului i independent de numrul centralelor i al generatoarelor n funciune.

Acionarea corect a proteciei prin relee se verific pentru regimul maxim i pentru regimul minim de funcionare al elementului protejat; n regim maxim se verific selectivitatea, iar n regimul minim se verific sensibilitatea proteciei [9]1.3. Schema de principiu a unei instalaii de protecii prin relee

Instalaiile sistemelor electrice, protejate de dispozitivele automate de protecie prin relee, formeaz un ansamblu destul de complex i lichidarea n condiii optime a defectelor aprute necesit prelucrarea destul de rapid a unui numr mare de informaii asupra regimurilor de funcionare ale echipamentului protejat, prelucrare efectuat de dispozitivele de protecie instalate n numeroase puncte ale sistemului.

n funcie de rezultatul prelucrrii informaiilor primite, instalaiile de protecie prin relee n conformitate cu programul introdus n alctuirea schemei de protecie i prin determinarea reglajelor elementelor componente stabilesc dac este necesar comanda declanrii ntreruptoarelor echipamentului protejat (EP) i, n cazul cnd aceast decizie este luat, transmit comanda de declanare.

Schema de principiu a unei instalaii de protecii prin relee este prezentat n fig. 1.3 [13].

Pentru exemplificare s-a considerat LEA (LES) conectat prin ntreruptorul I la barele unui sistem electroenergetic. Pentru a supraveghea funcionarea liniei protecia primete n mod continuu informaii despre valorile mrimilor fundamentale, respectiv curentul I i tenssiunea U n punctele de instalare prin intermediul transformatorului de curent TC i a transformatorului de tensiune TT. Curentul I i tensiunea U din secundarele TC respectiv TT se aplic blocului de intrare BI care reprezint de fapt un circuit de adaptare (un element de pornire la instalaii de protecii mai simple realizate cu relee cu contacte, sau o interfa format din traductoare i / sau filtre la instalaiile de protecie complexe realizate de obicei cu relee electronice cu microprocesoare).

Prin elementele sale constructive blocul de intrare BI poate asigura realizarea urmtoarelor operaii:

eliminarea semnalelor parazite, a zgomotelor, a armonicilor, eventual a componentelor aperiodice prin filtrare n vederea obinerii informaiei utile asupra regimului EP;

adaptarea nivelului energetic la nivelul cerut de blocul de prelucrare i decizie, prin amplificarea sau atenuarea mrimilor;

obinerea componentelor simetrice, inverse i homopolare ale curenilor i tensiunilor pentru proteciile mpotriva defectelor nesimetrice, caracterizate printr-o sensibilitate mbuntit fa de cea a proteciilor ce controleaz direct mrimile secundare.

n cazul proteciilor numerice se face o conversie analog numeric, o filtrare numeric iar operaiunile de calcul se fac numeric.

Mrimile de ieire din blocul de intrare BI se aplic blocului de prelucrare i decizie (BPD), numit i bloc principal al instalaiei de protecie, i le prelucreaz dup un algoritm mai simplu sau mai complicat n funcie de gradul de complexitate al instalaiei de protecie. n urma acestei prelucrri instalaia de protecie trebuie s stabileasc cu precizie momentul apariiei sau neapariiei unui defect sau regim anormal, s localizeze echipamentul n care s-a produs evenimentul i s adopte o strategie de lichidare a acestuia n funcie de poziia sa. Dac defectul este situat n echipamentul protejat, BPD elaboreaz semnalul de comand a declanrii ntreruptoarelor, n cel mai scurt timp iar dac defectul este exterior, protecia trebuie s fie pregtit s intervin, cu o anumit temporizare, numai dac defectul nu a fost lichidat de protecia acelui echipament vecin.

Blocul de execuie (BE) primete comenzi de la BPD, le transmite bobinei de declanare a ntreruptorului i semnalizeaz transmiterea comenzii de declanare sau apariia unui regim anormal n echipamentul protejat [2, 13].

1.4. Clasificarea instalaiilor de protecie prin relee

Instalaiile de protecie prin relee trebuie s stabileasc dac a aprut regimul de defect, precum i locul n care a aprut defectul i tipul acestuia. n principiu, la baza realizrii instalaiilor de protecie stau dou metode [25]:

a) metode bazate pe msura convenional a mrimilor electrice care circul n elementele electrice ale sistemului energetic i care pot caracteriza i distana electric pn la locul de defect:

b) metode care folosesc fie efecte secundare ale curenilor sau puterilor la locul defectului, fie mrimi electrice, altele dect cele ce caracterizeaz funcionarea sistemului energetic, introduse n mod artificial fr a perturba aceast funcionare.

Prima categorie de metode a fost i este nc utilizat frecvent n realizarea sistemelor de protecie clasice i moderne.

A doua categorie de metode a nceput s fie explorat, dar apar o serie de dificulti tehnice, mai greu de trecut.

n continuare se prezint principalele tipuri de protecie ce pot fi realizate

1.4.1. Protecia de curent

Protecia de curent acioneaz n cazul creterii curentului din circuitul protejat, ca urmare a unui scurtcircuit sau a unei suprasarcini. Aceste protecii se realizeaz cu relee de curent. Deoarece scderile curentului sub valoarea nominal nu prezint nici un pericol pentru obiectul protejat, protecia de curent se realizeaz numai ca protecie maximal. n fig.1.4 a, b, c, sunt prezentate trei modaliti de reprezentare a proteciilor de curent, care sunt constituite dintr-un ansamblu transformator de curent i releu de curent.

Curentul de pornire (sau curentul de acionare) al proteciei Ipp, este curentul la care protecia lucreaz, respectiv releele de curent (n cazul releelor cu contacte) i nchid contactele.

Curentului de pornire al proteciei, care este un curent primar, i corespunde un curent de pornire al releului Ipr, care este un curent secundar:

(1.5)

unde nTC este raportul de transformare al transformatoarele de curent care alimenteaz releul. Protecia acioneaz cnd este satisfcut condiia

(

(1.6)

unde I este curentul din circuitul protejat.

Pentru ca protecia s nu acioneze n regim normal de funcionare i n regim de sarcin maxim admis este necesar ca

(

(1.7)

(

(1.8)

unde: Inom - este curentul nominal al circuitului protejat.

Isar.max - este curentul de sarcin maxim admis n circuitul protejat.

Pentru ca releul de curent odat acionat s revin n poziia iniial este necesar ca curentul s revin la o anumit valoare, care pentru releele maximale de curent are o valoare mai mic dect valoarea de acionare a releului Ipr. Raportul dintre valoarea curentului la care se produce revenirea releului n starea de repaus Irev.r i valoarea la care se produce acionarea se numete coeficient de revenire i se calculeaz cu formula

(

(1.9)

Condiia de sensibilitate impune un coeficient ct mai apropiat de unitate, iar sigurana n funcionare impune s fie subunitar. Releele maximale electromag-netice de curent au iar pentru releele electronice,

Acest coeficient intervine n calculul curentului de pornire al proteciei [2, 9, 25].

1.4.2. Protecia de tensiune

n general defectele care au loc n sistemele electroenergetice sunt nsoite de scderi ale tensiunii, dar exist i situaii cnd se produc creteri ale tensiunii peste valorile nominale (de exemplu la hidrogeneratoare, la liniile de foarte nalt tensiune). Prin urmare proteciile de tensiune se realizeaz att ca protecie minimal de tensiune, ct i ca protecie maximal de tensiune.

1.4.2.1. Protecia minimal de tensiune, apare cel mai frecvent i acioneaz n cazul scderii tensiunii, care are loc la apariia unui scurtcircuit. Protecia minimal de tensiune se realizeaz cu relee de minim tensiune, conectate n secundarul transformatorului de tensiune, ca n schemele din fig.1.5 a,b,c. Releele de minim tensiune acioneaz (cele realizate cu relee cu contacte i nchid contactele) atunci cnd tensiunea Up, n sensul scderii, atinge valoarea Upp numit tensiune de pornire a proteciei. Pentru acionare este deci necesar relaia

(1.10)

Pentru ca protecia s nu acioneze n regim normal, este necesar ca tensiunea de pornire s fie mai mic dect tensiunea nominal i dect tensiunea minim care poate aprea n exploatare Umin.expl, n regim normal de funcionare,

Upp ( Unom; Upp ( Umin.expl

(1.11)

Tensiunii de pornire a proteciei i corespunde tensiunea de pornire a releului ,

(1.12)

Protecia de tensiune i revine (releul de tensiune i deschide contactul), atunci cnd tensiunea atinge valoarea Urev.p - tensiune de revenire a proteciei, adic pentru

(1.13)

Tensiunii de revenire a proteciei i corespunde tensiunea de revenire a releului ,

(1.14)

Coeficientul de revenire Krev al releelor minimale de tensiune se definete cu relaia

(

(1.15)

Pentru releele minimale de tensiune electromagnetice iar pentru releele electronice, [2, 25].

1.4.2.2. Protecia maximal de tensiune realizat cu relee maximale de tensiune este utilizat n general la protecia hidrogeneratoarelor, a liniilor de foarte nalt tensiune, etc. (fig. 1.6), la detectatea unor defecte nesimetrice n care tensiunea de secven invers care apare la bornele filtrului de tensiune de secven invers FTSI este utilizat pentru creterea sensibilitii proteciei de minim tensiune a GS (fig. 1.7a), i n cazul punerilor la pmnt monofazate n care releul maximal alimentat cu tensiune homopolar este conectat n secundarul n triunghi deschis al TT (fig.1.7b).

Notnd cu Up tensiunea din circuitul primar, putem defini i n cazul acestei protecii, tensiunea de pornire a protecie Upp, condiia de acionare fiind

(

(1.16)

Tensiunea de pornire a releului, este

(1.17)

Protecia nu trebuie s acioneze n regim normal i pentru valorile maxime admise n exploatare. Rezult deci.

( ; (

(1.18)

Protecia de tensiune i revine (releul de tensiune i deschide contactul), atunci cnd tensiunea atinge valoarea Urev.p - tensiune de revenire a proteciei, adic pentru

(1.19) Tensiunea de revenire a releului este dat de relaia

(1.20) iar coeficientul de revenire al releului

( 1

(1.21)

Valoarea coeficientului de revenire pentru releele maximale de tensiune electromagnetice este Krev = 0,85 iar pentru releele electronice Krev = 0,99 [2, 9, 25].

1.4.3. Protecia direcionalProteciile direcionale acioneaz n cazul cnd apare o modificare important a defazajului dintre curentul i tensiunea din circuitul protejat. Pentru a pune n eviden principiul proteciei direcionale, considerm cazul a dou linii alimentate din dou centrale C1 i C2 (fig.1.8).

n studiul proteciilor se obinuiete s se noteze n mod convenional un anumit sens al curenilor n diferite puncte, ntr-un anumit moment; o dat cu variaia curenilor aceast situaie se schimb, restabilindu-se periodic. n mod convenional n dreptul sgeilor se poate nota curentul ca mrime complex.

n regim normal de funcionare curentul pe fiecare linie circul la o extremitate de la bar spre linie, iar la cealalt extremitate de la linie spre bar. Diagrama fazorial a tensiunii i curentului n punctul B n regim normal de funcionare este reprezentat n fig. 1.9a. Tensiunea fiind defazat naintea curentului, unghiul dintre fazorul tensiune i curent este considerat pozitiv, (1 ( 0.

n momentul apariiei unui scurtcircuit pe linia L-1 n punctul K (fig.1.8b), are loc o important schimbare a fazorului curentului n raport cu tensiunea la unul din capetele liniei defecte (sgeat n punctul B de sens invers celei reprezentate n fig.1.8a pentru cazul regimului normal). Unghiul de defazaj (2, dintre tensiunea i curentul din acelai punct B , difer cu aproximativ 1800 de defazajul (1 (fig.1.9b). Acest principiu este folosit n funcionarea proteciilor direcionale. Din fig. 1.8 se observ c numai pe linia defect are loc o schimbare a fazei curentului n raport cu tensiunea. Aceasta contribuie la asigurarea selectivitii proteciilor direcionale.

Protecia direcional nu se folosete ca protecie de sine stttoare ci n combinaie, de obicei cu o protecie de curent sau de impedan, Rezult n aceste cazuri, aa-numitele protecii direcionale[9, 25].

1.4.4. Protecia diferenial

Protecia diferenial acioneaz n cazul cnd apare o diferen ntre mrimile electrice de acelai fel de la cele dou capete ale zonei protejate.

De regul se compar curenii, iar n unele cazuri se compar att valorile curenilor ct i defazajele lor.

Proteciile difereniale se pot realiza ca:

protecie diferenial logitudinal,

protecie diferenial transversal.

Protecia diferenial logitudinal, compar curenii de la cele dou capete ale zonei protejate (fig.1.10). n regim normal de funcionare (fig.1.10a) curenii primari i secundari de la capetele zonei protejate sunt egali, deci

IA = IB ; IA - IB = 0

ISA = ISB ISA - ISB = 0

(1.22

n cazul apariiei unui defect exterior zonei protejate (fig.1.10a) de exemplu n K1, curenii primari i secundari de la cele dou capete ale zonei protejate rmn egali, dar crescui ca valoare, i deci

(1.23)

Dac apare un scurtcircuit n interiorul zonei protejate, de exemplu n K2 (fig.1.10b), curenii primari i secundari de la capetele zonei protejate nu mai sunt egali, diferena lor fiind diferit de zero, deci

(1.24)

Se constat c principiul diferenial permite s se deosebeasc un defect n interiorul zonei protejate de un defect n afara acestei zone. Protecia deferenial este prin urmare o protecie absolut selectiv, zona protejat fiind delimitat strict de cele dou transformatoare de curent.

Fiind o protecie selectiv, protecia diferenial nu necesit introducerea unor temporizri pentru asigurarea selectivitii i deci sunt protecii rapide.

Protecia diferenial se utilizeaz ca protecie de baz pentru diferite elemente ale sistemului electroenergetic (generatoare, transformatoare, bare) [9, 25]

Protecia diferenial transversal compar curenii din circuitele ce funcioneaz n paralel (de exemplu linii paralele, etc). Schema de principiu a unei astfel de protecii este prezentat n fig. 1.11.

n regim normal de funcionare sau n cazul unui scurtcircuit exterior n K1, curenii primari i secundari pe cele dou linii la plecarea de pe bara A sunt egali, astfel c se poate scrie,

IA1 IA2 =0

ISA1 ISA2 =0(1.25)

n cazul unui scurtcircuit n K2 putem scrie

(1.26)

Protecia diferenial transversal nu poate fi folosit dect cnd ambele circuite sunt n funciune i din acest motiv nu poate fi unica protecie a acestor linii [9, 25].

1.4.5. Protecia de distan

Protecia de distan se realizeaz cu relee de impedan, care acioneaz atunci cnd impedana din circuitul protejat se micoreaz.

Conform legii lui Ohm, valoarea curentului I ntr-un circuit este determinat de valoarea tensiunii U aplicate acestuia i valoarea impedanei Z a respectivului circuit. Ca urmare calculnd raportul U/I se obine valoarea Z circuitului aflat n aval de locul de montare a releului de impedan (fig.1.12).

n regim normal de funcionare valoarea impedanei Z msurat de releul de impedan este relativ ridicat.

(1.27)

n cazul unui scurtcircuit n punctul K al circuitului, are loc o important cretere a curentului I i o scdere apreciabil a tensiunii U prin urmare scade raportul U/I, respectiv impedana circuitului protejat,

(( Zn

(1.28)

Acionnd la aceast scdere a impedanei, releele de impedan sunt relee minimale.

Impedana ZK fiind impedana unor linii electrice, este direct proporional cu distana L pn la locul de defect, ceea ce face ca protecia de impedan s fie denumit i protecie de distan [9, 25].

1.4.6. Protecia cu filtre

n cazul scurtcircuitelor nesimetrice apar componente de secven invers, iar n cazul punerilor la pmnt apar componente de secven homopolar.

Prin utilizarea filtrelor de componente simetrice ale curenilor i tensiunilor mpotriva defectelor nesimetrice se obine o sensibilitate mbuntit fa de cea a proteciilor care controleaz direct mrimile secundare [9, 25].

1.4.7. Protecia prin cureni de nalt frecven

Aceast protecie este utilizat la liniile de transport a energiei electrice unde devine necesar transmiterea unor semnale ntre dispozitivele de protecie de la cele dou capete ale liniei aflate la mare distan - pentru asigurarea simultan a rapiditii i selectivitii.

Pentru transmiterea semnalele de nalt frecven dintre dispozitivele de protecie se utilizeaz de regul conductoarele de protecie ale liniei protejate, dar sunt folosite i alte canale de comunicaie cum ar fi canalele radio, radioreleele, etc[9].

1.4.8. Protecia termic

Protecia termic acioneaz la creterea temperaturii n instalaia protejat, temperatur determinat de apariia scurtcircuitelor i suprasarcinilor. Acest tip de protecie se utilizeaz de regul la generatoare, transformatoare, i motoare electrice [9].

1.4.9. Protecia cu relee de gaze

Proteciile de gaze sunt utilizate numai la transformatoare i autotransfor-matoare n cuv cu ulei, fiind realizate cu relee montate conducta dintre cuv i conservatorul de ulei. Funcionarea se bazeaz pe degajarea de gaze care are loc n cazul defectelor n interiorul cuvei transformatorului.

Gazele degajate ca urmare a defectelor din interiorul unui transformator sunt sesizate de releele de gaze denumite i relee Bucholtz [9, 25].

1.5. Protecii de baz, de rezerv i auxiliare

Toate echipamentele protejate (EP) importante din SE sunt prevzute cu instalaii de protecie (IP) specializate mpotriva tuturor tipurilor de defecte i regimuri anormale posibile. Aceste protecii care sesizeaz n cele mai bune condiii de sensibilitate, selectivitate, rapiditate i siguran un anumit tip de defect se numesc protecii de baz i le revine principala responsabilitate n deconectarea EP.

n condiii reale de funcionare, apar situaii cnd protecia de baz nu reuete s lichideze defectul pentru care a fost prevzut i aceasta, datorit funcionrii necorespunztoare a proteciei, sau refuzului ntreruptorului de a executa comanda de declanare. n aceste condiii defectul continu s fie alimentat, iar consecinele se amplific. Pentru a preveni asemenea situaii, pe lng protecia de baz se prevede i o protecie de rezerv, care acioneaz numai cnd protecia de baz nu a lichidat defectul. Protecia de rezerv poate fi realizat n dou moduri:

a) Protecie de rezerv local realizat prin montarea unei protecii suplimentare pe acelai element i care ndeplinete urmtoarele condiii:

este realizat pe un alt principiu de funcionare dect protecia de baz;

este conectat la alte nfurri ale TC i TT, prin alte circuite secundare;

este alimentat (de regul) din alte surse de tensiune operativ dect protecia de baz.

Protecia de rezerv local acioneaz cu o anumit temporizare fa de protecia de baz [2, 9].

b)Protecia de rezerv de la distan realizat prin proteciile elementelor vecine celui n care a aprut defectul i care intervine, cu o anumit temporizare, numai n cazul n care protecia de baz a acelui element nu a lichidat defectul. Protecia de rezerv de la distan este neselectiv, deoarece odat cu instalaia defect este deconectat i instalaia electric echipat cu protecia care asigur rezerva de la distan a instalaiei electrice.

n cazul anumitor tipuri de protecii de baz, este posibil ca acestea s nu asigure protecia EP pe ntreaga sa lungime, datorit dificultilor n asigurarea sensibilitii proteciei de baz. n aceste condiii poate rmne o anumit poriune spre sfritul liniei sau spre neutrul nfurrilor, neprotejat de ctre protecia de baz, poriune numit zon moart.

Proteciile prevzute mpotriva defectelor n zonele moarte ale proteciilor de baz se numesc protecii auxiliare.In unele cazuri, rolul acestora poate fi ndeplinit de protecia de rezerv a elementului respectiv [2, 9].

CAPITOLUL 2DEFECTE l REGIMURI ANORMALE N INSTALAIILE ELECTROENERGETICE2.1. TIPURI DE DEFECTE I REGIMURI ANORMALE 2.1.1. Defecte Defectele cel mai des ntlnite n instalaiile electrice sunt scurtcircuitele.Ele pot fi scurtcircuite polifazate (trifazate, bifazate, sau bifazate la pmnt), cnd este strpuns izolaia ntre dou sau trei faze, i scurtcircuite monofazate cnd este strpuns izolaia ntre o faz i pmnt. Scurtcircuitele monofazate au loc n reelele cu cureni mari de punere la pmnt, n care neutrele transformatoarelor de putere sunt legate direct la pmnt. Scurtcircuitele polifazate sunt nsoite de cureni de valori foarte mari n comparaie cu cei nominali, provocnd n instalaiile electroenergetice importante efecte electrodinamice i termice, precum i scderi sensibile ale tensiunilor pn la pierderea stabilitii sistemului. n reelele de medie tensiune, n care punctele neutre ale transformatoarelorsunt izolate sau legate la pmnt prin bobin de stingere, strpungerea izolaiei ntre o faz i pmnt este nsoit de cureni mici, impedanele din circuit avnd valori mari.Punerea unei faze la pmnt n aceste tipuri de reele provoac ns, creterea tensiunii fazelor sntoase n raport cu pmntul, iar aceast cretere conduce la suprasolicitarea izolaiei i la pericolul strpungerii acesteia i ntr-un alt punct de pe celelalte faze, defectul trecnd astfel n dubl punere la pmnt; aceasta reprezint de fapt un scurtcircuit bifazat prin pmnt care trebuie lichidat de protecia prin relee.Pentru proiectarea proteciilor prin relee este necesar a se calcula curenii de defect n cazul scurtcircuitelor trifazate, bifazate, monofazate i bifazate la pmmt.Curentul de scurtcircuit trifazat Isc\ se calculeaz pentru stabilirea reglajelor i verificarea selectivitii proteciilor prin relee.Curentul de scurtcircuit bifazat/^J se calculeaz pentru verificarea sensibilitii proteciei prin relee.Curentul de scurtcircuit monofazat I^c se calculeaz pentru stabilirea valorilor de pornire ale proteciilor mpotriva defectelor monofazate, n reelele cu cureni mari de punere la pmnt. Tot n acest scop este necesar i calculul curentului de scurtcircuit bifazat la pmnt, deoarece n unele cazuri aceste defecte pot conduce la valori ale componentei de secven homopolar mai mari dect n cazul scurtcircuitului monofazat, folosindu-se n acest caz valoarea curentului de scurtcircuit bifazat la pmnt.Un alt defect care poate aprea n instalaiile electroenergetice, l constituientreruperea unei faze, care poate provoca apariia curenilor de secven invers ngeneratoarele sincrone i nclzirea bobinajelor acestora. De asemenea, n cazulfuncionrii ndelungate a unei linii n dou faze este necesar i verificarea influeneiasupra liniilor de telecomunicaii [13, 31].2.1.2. Regimuri anormalePrincipalele regimuri anormale ntlnite n instalaiile electrice sunt: supraintensitile, scderile de tensiune, scderea frecvenei, pendulrile i creterile de tensiune. Supraintensitile sunt provocate de scurtcircuite exterioare elementuluiprotejat, fie de apariia unor suprasarcini. Supraintensitile nu determin odeconectare imediat a elementului protejat, ns ele nu pot fi admise pe o perioad nedeterminat ntruct provoac supranclziri i deci uzura izolaiei i a contactelor,etc. Scderile de tensiune sunt provocate de scurtcircuite exterioare zoneiprotejate, acestea ducnd la valori reduse ale tensiunilor remanente la barele staiilor apropiate de defect. Aceste regimuri anormale de funcionare au influen n special asupra motoarelor electrice, acestea reducndu-i turaia sau chiar se pot opri,repornirea lor fiind apoi dificil la revenirea tensiunii. Scderea frecvenei n reea are drept consecin funcionarea anormala amecanismelor i utilajelor antrenate de motoarele electrice. Pendulrile, respectiv pierderea stabilitii sistemului pot aprea din cauza unor scurtcircuite lichidate prea trziu, a depirii puterii transportate printr-o inie de interconexiune, etc, care provoac ieirea din sincronism a centralelor funcionnd n paralel.Curenii de egalizare care circul n timpul pendulrilor prin liniile de legtur dintre centrale, au perioada T = 0,2...2 sec. i pot depi mult valorile curenilor de pornire a proteciilor, fiind astfel posibile acionri neselective. Se impune astfel utilizarea unor dispozitive speciale de blocaj, acestea comportndu-se n mod diferit ia pendulri - cnd blocheaz protecia - i la scurtcircuite pe linia respectiv - cnd permite acionarea corect a proteciei, datorit unor deosebiri care exist ntre caracterul variaiilor curenilor, tensiunilor i puterilor n cele dou cazuri.Creterile de tensiune sunt provocate, de exemplu, de creterea turaiei unui hidrogenerator sau de alimentarea unui consumator cu reactan capacitiv [13, 31].2.2. PARTICULARITILE CALCULULUI CURENILOR DE SCURTCIRCUIT PENTRU PROIECTAREA PROTECIILORPentru proiectarea instalaiilor de protecie i reglarea acestora n timpul exploatrii, trebuiesc cunoscute valorile curenilor de scurtcircuit. Pentru alegerea curenilor de pornire i verificarea performanelor proteciilor rapide sunt necesare valorile curenilor de scurtcircuit la t = 0, care corespunde valorilor supratranzitorii ale curenilor de scurtcircuit, iar pentru verificarea performanelor proteciilor temporizate, sunt necesare valorile staionare ale curenilor de scurtcircuit (determinarea valorilor de pornire la aceste protecii se face funcie de curenii nominali sau de sarcin maxim).Pentru calculul curenilor de scurtcircuit n vederea alegerii curenilor de pornire i verificrii performanelor proteciile rapide se admit o serie de simplificri printre care menionm:a) Se neglijeaz rezistenele elementelor componente ale sistemului energetic,rezistena arcului electric, rezistena de contact dintre conductoarele n scurtcircuit, rezistena de punere la pmnt;b) Se neglijeaz de asemenea curenii de magnetizare ai transformatoarelor,saturaia circuitelor magnetice, admitanele liniilor electrice, defazajeledintre tensiunile de la extremitile echipamentului;c) Punerea n paralel a tuturor surselor care alimenteaz defectul, ntruct pedurata de 0,1 sec. (timpul propriu de acionare al proteciei rapide), nu sepoate manifesta amortizarea diferit a componentei tranzitorii a curentuluide scurtcircuit;d) Datorit timpului propriu foarte mic de acionare a proteciilor rapide,funcionarea proteciilor nu este influenat de componenta aperiodic acurentului de scurtcircuit, calculul curentului de pornire efectundu-se nfuncie de valoarea supratranzitorie a componentei periodice a curentuluide defect.e) Se admite neglijarea contribuiei motoarelor electrice ale consumatorilor la valoarea curenilor de scurtcircuit. n cazul proteciilor temporizate, selectivitatea este asigurat prin alegerea treptelor de temporizare i de aceea curenii de pornire nu se aleg funcie de curenii de scurtcircuit la limitele zonei protejate, ci n funcie de curenii nominali sau de sarcin maxim. Calculul curenilor de scurtcircuit ar fi totui necesar pentru verificarea sensibilitii acestor tipuri de protecii, ntruct n expresia coeficientului de sensibilitate intervin valorile minime posibile ale curentului de defect, iar valoarea curentului la un anumit timp este mai mic dect cea supratranzitorie [13].2.3 SCURTCIRCUITE TRIFAZATE I BIFAZATE 2.3.1 Scurtcircuitul trifazatPrin scurtcircuit trifazat se nelege contactul mecanic sau prin rezistena arcului electric ntre cele trei faze ale unei instalaii. Se mai numete i scurtcircuit simetric, deoarece n cazul n care se produce prin rezistene egale, att curenii ct i tensiunile i pstreaz simetria, cu toate c valorile lor se schimb fa de cele din regimul normal, anterior defectului.n fig. 2.1a este prezentat schema echivalent a unei reele cu un scurtcircuit trifazat. Dac se presupune c impedanele Z ale tuturor elementelor cuprinse ntre surs i defect sunt egale i c tensiunile pe faz Uf sunt egale i simetrice, atunci curenii de scurtcircuit sunt simetrici i egali. Valoarea efectiv a componentei lor periodice este: (2.1)n momentul apariiei scurtcircuitului, impedanta scade brusc la valoarea Ze iar curenii de scurtcircuit care circul ntre surs i locul de defect pot atinge valori mari.Scurtcircuitul trifazat metalic fiind un scurtcircuit simetric, diagrama fazorial a curenilor de defect i a tensiunilor are forma din fig. 2.1b.

Fig. 2.1 Schema echivalent (a) i diagrama fazorial (b) pentru scurtcircuit trifazat Valoarea unghiului (/^ este determinat de raportul dintre reactana echivalent Xs i rezistena echivalent Re a poriunii de reea dintre surs i defect

(2.2)

Valorile unghiului 0^ depind de tipul i parametrii liniei. Pentru liniile aeriene acest unghi poate s varieze ntre 20 i 80, iar pentru liniile de medie tensiune n cablu, ntre 10 i 20.Pentru verificarea performanelor proteciilor este necesar cunoaterea tensiunii remanente la locul de montare a acestora; devine astfel necesar cunoaterea variaiei tensiunii remanente de-a lungul elementelor dintre surs i defect (fig.2.2c).Considernd un defect trifazat metalic n punctul K (fig.2.2a), tensiunile pe faz i ntre faze n punctul K vor fi nule (fig.2.2b), crescnd apoi liniar ctre surs,tensiunea remanent U^' ntre faze ntr-un anumit punct al reelei fiind dat de relaia

(2.3)n care: x0 este reactana specific a liniei,/ - distana dintre defect i punctul n care se calculeaz tensiunea remanent.

c)Fig. 2.2 Scurtcircuit trifazat: schema electric (a), diagramele fazoriale ale mrimilor n diferite puncte (b), variaia tensiunii de la locul defectului la surs (c)Tensiunile remanente sunt deci proporionale cu distana /, coeficientul de proporionalitate fiind determinat de reactana specific a liniei i valoarea curentului, ntre t.e.m. E i tensiunea remanent C/jy n punctul A, exist relaia:

(2.4)n careX" este reactana supratranzitorie a generatorului [5, 8]. 2.3.2 Scurtcircuitul bifazatScurtcircuitul bifazat este determinat de contactul metalic sau prin arc dintre dou conductoare a dou faze, n acest caz neexistnd simetrie ntre cureni i tensiuni.Presupunndu-se un scurtcircuit bifazat de exemplu ntre fazele S i T, ntr-un punct K (fig. 2.3a, adoptnd convenional ca sens pozitiv al curenilor sensul spre defect), au loc urmtoarele relaii (cu neglijarea curenilor de sarcin): (2.5)

(2.6)

(2.7) Curentul de scurtcircuit Isk de pe faza S fiind egal i de sens contrar cu cel de pe faza T, ITK are valoarea:

(2.8)Curentul de scurtcircuit bifazat produs n aceeai reea este mai mic dect curentul de scurtcircuit trifazat raportul dintre ei fiind:

(2.9)Diagrama fazorial a curenilor i tensiunilor este reprezentat n fig. 2.3b. La locul scurtcircuitului tensiunea ntre fazele defecte S i T este zero US.T. = 0 (sa presupus scurtcircuitul metalic), tensiunile de faz Us- = Ur = 1/2 Us

Urs=Urt=1/2 UT, iar tensiunea fazei R este normal (OS'=US- = OS sin 30 =1/2 Us). (a) Fig. 2.3 Schema echivalent (a) i diagrama fazorial (b) pentru scurtcircuitul bifazatDin fig. 2.3b se observ c tensiunile dintre faza sntoas i fazele defecte au valorileUrs- = URT =Ur + Us- = Us + 0,5 Us = 1,5 Us =1,5/1,73 URS = 0,87 URSDeci la locul defectului tensiunea dintre faza sntoas i fazele defecte este puin mai mic dect n situaia normal de funcionare.Pe msur ce ne apropiem de sursa de alimentare, adic ne ndeprtm de locul defectului, tensiunile Us i Ut cresc iar defazajul dintre ele crete de asemenea de la 0 la 120. Astfel, tensiunile pe fazele S i T la staie (la nceputul liniei) sunt date de relaiile: (2.10)Curenii de scurtcircuit n cele dou conductoare defecte sunt egali n valoare absolut, ns de sensuri contrare i defazai fa de tensiunea Ust care-i genereaz, cu unghiul k, definit ca la scurtcircuit trifazat.Pentru calculul curentului de scurtcircuit bifazat se alctuiete schema de secven direct i invers; curentul de scurtcircuit bifazat conine componenta de secven direct i invers, iar tensiunile n afara componentei de secven direct conine i componenta de secven invers determinat de cderile de tensiune datorate componentei de secven invers a curentului [5, 8].2.4 SCURTCIRCUITUL MONOFAZAT

Acest tip de defect apare n reelele care au neutrul legat direct la pmnt sau prin rezisten de valoare mic. (b)

Fig. 2.3 Schema echivalent (a) i diagrama fazorial la surs n cazul scurtcircuitului monofazat (b) In cazul unui scurtcircuit monofazat metalic, de exemplu pe faza T n punctul K (fig. 2.3a) dintr-o reea cu cureni mari de punere la pmnt, curenii din celelalte dou faze vor fi nuli (neglijnd curenii de sarcin) deci:

(2.11) (2.12)iar tensiunea fazei defecte va fi nul n punctul de punere la pmnt

(2.13)Dup cum se vede din figur bucla de scurtcircuit este format din impedana fazei ZE i impedana circuitului prin pmnt Zp. Tensiunea care produce curentul de scurtcircuit este tensiunea pe faza defect Uf = UT i deci curentul de defect are valoarea. (2.14)Curentul de scurtcircuit este n general un curent reactiv defazat mult n urma tensiunii care l determin; n cazul defectului printr-un arc de rezisten apreciabil, el are i o component activ.Curentul de scurtcircuit monofazat Ij este defazat cu (pk fa de tensiunea fazei T. Tensiunile fazelor R i S i pstreaz valorile n lungul liniei, ntruct au fost neglijai curenii de sarcin.Curentul de scurtcircuit monofazat se calculeaz cu ajutorul schemei echivalente compus din reactanele de secven direct, invers i homopolar; o caracteristic a acestor defecte o constituie apariia mrimilor de secven homopolar - curentul Io i tensiunea Uo. Astfel IR + IS + IT = 3I0 (2.15) UT + US + UR = 3U0unde Uo este valoarea maxim la locul defectului i scade n lungul liniei pn la valoarea zero la surs [8].2.5 PUNERI LA PMNT N REELELE CU CURENI MICI DE PUNERE LA PMNT2.5.1 Puneri la pmnt n reele cu neutrul izolatPunerea la pmnt este un defect care const n crearea unei legturi accidentale, ntre pmnt i o faz a unei reele care nu are n nici un punct al ei o legtur net la pmnt.

n cazul punerii unei faze la pmnt, faza T (fig. 2.4) potenialul pmntului devine egal cu al fazei T, iar tensiunile fazelor R i S fa de pmnt devin UR0

respectiv Uso de valoare mai mare de V3 ori fa de UR, respectiv Us din regimul normal i defazate ntre ele cu 60 fa de 120 naintea punerii la pmnt.(a) (b)

Fig. 2.4 Schema electric (a) i diagrama fazorial (b) n cazul reelelor cu neutrul izolatPrin capacitile fazelor R i S circul cureni determinai de Uro i Uso care se vor nsuma prin locul punerii la pmnt i se vor nchide prin faza defect. Curentul de punere la pmnt Ip se determin astfel:

(2.16)Dar

UR0 + US0 = -3UT = 3U0 (2.17)unde Uo este tensiunea de secven homopolar,Uo = - UrRelaia de mai sus devine: (2.18) nlocuind n (2.18) pe Zc cu (2.19)

relaia de mai sus devine

I = 3I = j3CU0 (2.20)iar n valori absolute I = 3I = 3CU0 (2.21)

Rezult c curentul de secven homopolar Io care apare n cazul punerii la pmnt este un curent capacitiv, fiind defazat cu 90 naintea tensiunii de secven homopolar Uo, conform schemei echivalente din fig. 2.5.Cel mai adesea n cazul reelelor aeriene, punerea la pmnt nu este net, ci are loc printr-un arc electric cu o oarecare rezisten, RD. n acest caz potenialul fazei puse la pmnt difer de cel al pmntului prin cderea de tensiune n arc. Tensiunea Uo nu mai este egal i de sens contrar cu tensiunea pe faz a fazei defecte, ci este ntotdeauna mai mic dect aceasta. Pentru stabilirea valorii curentului de punere la pmnt, vom ine seama de faptul c, curentul care se nchide prin locul de defect este suma celor trei cureni capacitivi determinai de tensiunile fa de pmnt ale celor trei faze, n acest caz i faza defect avnd o tensiune fa de pmnt i deci un curent corespunztor (fig.2.6).

Curentul de punere la pmnt este dat de relaia [8], (2.22)Din analiza celor de mai sus rezult c o punere la pmnt n cazul echipamentelor alimentate dintr-o reea cu neutrul izolat, poate fi evideniat prin urmtoarele mrimi specifice: tensiunea de deplasare a neutrului UN0; tensiunile de faz UR, Us, UT; tensiunea de secven homopolar Uo; curentul de secven homopolar Io.Aceste mrimi stau la baza realizrii proteciilor mpotriva punerilor la pmnt n reelele cu neutrul izolat [5, 8].2.5.2 Puneri la pmnt n reele cu neutrul tratat prin bobin de stingeren reelele ntinse, cu capaciti mari fa de pmnt (n special cele n cablu), curentul de defect, n cazul unei puneri la pmnt, poate atinge valori mari, care devin periculoase pentru instalaii i constituie o suprasarcin pentru reea i n plus determin creterea tensiunii fa de pmnt a celorlalte dou faze i prin aceasta crete pericolul apariiei unei noi defeciuni. Majoritatea defectelor care apar n liniile aeriene sunt trectoare ; o punere la pmnt prin conturnarea izolaiei poate disprea definitiv la stingerea arcului.Din aceste motive se utilizeaz mijloace care s reduc la minimum curentul de punere la pmnt n reelele n care neutrul nu este legat direct la pmnt, crend condiii pentru stingerea arcului i dispariia defectului. n acest scop se utilizeaz, metoda tratrii neutrului reelelor prin bobine de stingere. Aceasta se conecteaz ntre neutrul sursei (generator sau transformator) i pmnt (fig. 2.7). Fig. 2.7 Schema electric i diagramele fazoriale n cazul reelelor cu neutrul tratat prin bobin de stingereCurentul prin bobin, Il, este defazat cu 90 n urma tensiunii Uo dintre neutru i pmnt, iar suma curenilor capacitivi ai fazelor sntoase, Ic este defazat cu 90 naintea tensiunii de secven homopolar Uo. Prin locul punerii la pmnt, circul suma acestor doi cureni defazai ntre ei cu 180; n cazul n care Ix. = Ic, curentul de punere la pmnt i curentul de secven homopolar sunt nuli, Ip = Io = 0.innd seama de cele prezentate mai sus, schema echivalent a unei reele compensate cu o punere la pmnt este prezentat n fig. 2.8.

Compensarea total a curentului capacitiv se obine pentru XL = Xce (2.23)Unde XL = L Xce = Xc/3 = 1/3C

Dac aceast condiie este satisfcut, II = - Ic , deci curentul capacitiv este compensat de ctre curentul inductiv prin bobin i la locul defectului nu circul curent.Practic nu se realizeaz condiia de rezonan, datorit faptului c, capacitile fa de pmnt variaz cu lungimea liniilor n funciune iar bobina de stingere nu este niciodat o reactan pur ci prezint totdeauna o anume rezisten. Din acest motiv, prin locul de defect - chiar dac bobina de stingere este perfect acordat - circul ntotdeauna o component activ Io de valoare redus care nu se poate anula niciodat i care este proporional cu rezistena bobinei i independent de rezistena de defect (fig.2.9) [5, 8]. Capitolul 3Protecia reelelor de medie tensiune

n funcionarea unei reele de distribuie de medie tensiune (MT), scurtcircuitele i punerile monofazate la pmnt, reprezint regimuri de defect pe care personalul de conducere i exploatare a acestor reele prin intermediul mijloacelor de comand, control i supraveghere trebuie s le identifice, localizeze i lichideze ct mai repede.

n continuare sunt prezentate mrimile caracteristice ale regimului normal de funcionare i ale regimurilor de scurtcircuit i punere la pmnt monofazat care stau la baza metodelor i dispozitivelor de identificare i localizare a lor.

3.1. Tipuri de protecie utilizate n reelele de MT cu neutrul izolat

Deoarece scurtcircuitele i punerile la pmnt au efecte nefavorabile n exploatarea reelelor de distribuie, este firesc s se adopte msuri de evitare a acestor defecte. Aceste msuri trebuie s asigure identificarea existenei defectului, localizarea defectului i apoi lichidarea efectelor acestuia.

Dispozitivele automate de protecie au rolul de a asigura protejarea elementelor componente ale reelei electrice de distribuie mpotriva suprasolicitrilor la care sunt supuse de ctre un eventual regim de defect.

Factorii care determin posibilitile de localizare sunt: configuraia reelei i dotarea cu aparatur de comutaie (ntreruptoare) ce pot fi comandate i de un dispozitiv de protecie.

Este evident c identificarea unui defect se va baza pe caracteristicile acestuia, respectiv pe valorile i modul de variaie a curentului i a tensiunii n regim tranzitoriu i stabilizat.

Deoarece punerea monofazat la pmnt se caracterizeaz prin cureni de defect mici care se suprapun peste cei de sarcin i prin conservarea valorii tensiunii ntre faze, n general nu se impune deconectarea, fiind suficient semnalizarea, identificarea existenei defectului i indicarea (localizarea) distribuitorului n scopul adoptrii unor msuri de ctre personalul de conducere i exploatare, pentru izolarea acestuia. Dac efectul curenilor de punere la pmnt nu impune deconectarea acestuia, nivelul tensiunilor ntre fazele sntoase i pmnt poate determina evoluia defectului (strpungerea izolaiei pe o alt faz) i transformarea lui ntr-o dubl punere la pmnt.

Ca urmare, n asemenea cazuri, se practic deconectarea manual a circuitului cu punere monofazat la pmnt, ct mai repede, chiar nainte de a asigura trecerea consumatorilor pe o alimentare de rezerv.

Reducerea duratei suprasolicitrii izolaiei fazelor sntoase la 1(3 secunde prin deconectarea automat a circuitului cu defect are deci efecte pozitive asupra calitii energiei electrice furnizate consumatorilor.

Soluiile de protecie cele mai frecvent utilizate mpotriva punerilor la pmnt n aceste tipuri de reele sunt:

protecia homopolar de tensiune,

protecia maximal de curent homopolar nedirecionat,

protecia maximal de curent homopolar direcional.

3.1.1.Protecia homopolar de tensiune

n cazul punerii la pmnt a unei faze n reelele cu neutrul izolat, tensiunea de deplasare a neutrului (tensiunea homopolar) conform [20, 46] este

(5.1)

Tensiunea de deplasare a neutrului ce se poate obine cu ajutorul unui filtru de tensiune de secven homopolar (FTSH), este pentru o reea dat, o funcie de valoarea rezistenei de trecere (RD) la locul de defect i de faza pus la pmnt. Alegnd ca referin tensiunea de faz a fazei puse la pmnt (de exemplu faza R), folosind reprezentarea n planul complex a acestui fazor, sub forma [20], Udd (j(RD) = A(RD) + j(B(RD)

(5.2)

Pe seama lui (5.2.), relaia (5.1) se poate descompune dup cum urmeaz:

(5.3)

unde:

A(RD) = UR (A1(RD) =

(5.4)

B(RD) = UR (B1(RD) =

(5.5)

Notnd cu (0 unghiul dintre fazorul Udd i axa real (UR ) rezult:

(0 = arctg (-((RD(C(0 ) = - arctg (((RD(C(0) (5.6)

n figura 5.1. este reprezentat locul geometric al extremitii fazorului tensiunii UddR (jRD) conform (5.2 - 5.5) care reprezint un semicerc.

Din aceast reprezentare se observ c pentru valorile extreme ale rezistenei RD se obin urmtoarele valori ale componentelor tensiunii UddR (j RD):

Pentru RD = 0:

UddR (j 0) = - 3UR + j0 = -3 UR;

(0 = ( Pentru RD = ( :

UddR (j () = 0 + j0 = 0 ;

(0 = (/2

Din cele prezentate mai sus rezult c se poate identifica existena unei puneri monofazate la pmnt prin controlul valorii (modulului) fazorului Udd obinut de la un filtru de tensiune de secven homopolar (FTSH). Domeniul de aplicare al acestei metode depinde de sensibilitatea mijlocului de identificare, n sensul c se pot sesiza puneri la pmnt prin rezistene pn la o valoare RDmax , unde RDmax rezult din condiia:

(5.7)

unde Upp reprezint valoarea tensiunii ce determin aciunea dispozitivului de protecie (releu maximal de tensiune). Acesta se monteaz pe barele instalaiei de distribuie de MT asigurnd o indicare neselectiv a punerii la pmnt.

Protecia homopolar de tensiune fiind neselectiv, d o informaie global c n reeaua legat galvanic cu barele la care se monteaz, a aprut punerea la pmnt pe o faz neputnd oferi vreo informaie n legtur cu linia sau locul n care se gsete defectul. Selectarea defectului poate fi fcut prin deconectarea i reconectarea succesiv a tuturor plecrilor de pe bare. Linia cu punere la pmnt se recunoate prin aceea c la deconectarea ei protecia de tensiune revine.

3.1.1.Protecia maximal de curent homopolar nedirecionat

n cazul unei puneri la pmnt pe o faz a unei linii (exemplu faza R a liniei L1) fig. 5.2 prin capacitile fa de pmnt a celorlalte dou faze sntoase ale tuturor liniilor vor circula spre locul defect cureni care se vor nsuma i se vor ntoarce spre surs prin faza defect. Curentul care se ntoarce spre surs prin faza defect R,

este egal cu suma curenilor care circul prin capacitile fa de pmnt ale fazelor S i T ale tuturor liniilor.

(5.8)

Utiliznd un filtru de curent de secven homopolar pe linia cu defect (L1), la ieire se obine diferena dintre curentul capacitiv total al reelei i curentul capacitiv propriu .

Pe seama valorii celor dou categorii de cureni (,) de pe linia cu defect, n sensul c curentul de dezechilibru pe circuitul cu defect este mai mare dect curenii de pe circuitele sntoase, se poate utiliza criteriul maximului pentru localizarea defectului i realizarea unei protecii eficiente mpotriva punerilor la pmnt.

Deci pentru a fi selectiv protecia nu trebuie s acioneze la curentul rezidual care circul pe linia proprie (pe care este montat) n cazul unei puneri la pmnt pe o alt linie, deci curentul ei de pornire trebuie s fie mai mare dect curentul rezidual al liniei proprii n cazul unei puneri la pmnt. Aceast condiie se exprim prin relaia [5],

(5.9)

unde:

- curentul de dezechilibru (rezidual) al liniei

EMBED Equation.2 - coeficientul de siguran

Pe de alt parte, pentru a fi sensibil, protecia unei linii trebuie s acioneze sigur la apariia unei puneri la pmnt pe linia proprie.

Curentul de defect care o stabilete este diferena dintre curentul de punere la pmnt (Idezi) i curentul rezidual al liniei proprii (Isdezi) curentul de pornire al proteciei va trebui s fie mai mic dect aceast diferen.

(5.10)

unde:

- coeficient de sensibilitate

- curentul de dezechilibru total (de punere la pmnt) al reelei

- curentul de dezechilibru (de punere la pmnt) al liniei proprii.

3.1.3. Protecia maximal de curent homopolar direcional

Din analiza expresiilor analitice [20, 46] ale curenilor - curentul de dezechilibru care circul prin linia sntoas,

EMBED Equation.2

(5.11)

i a curentului de dezechilibru care circul prin faza defect ,

EMBED Equation.3

(5.12)

n raport cu o referin comun (tensiunea de secven homopolar Udd0), acestea au defazaje sensibil diferite, astfel:

(5.13)

respectiv:

(5.14)

Din relaiile (5.1), (5.13) i (5.14) rezult c dei valorile curenilor i a tensiunii Udd0 se modific n funcie de rezistena RD, defazajele (0s i (0d nu depind de valoarea acestei rezistene. Diferena semnificativ dintre cele dou defazaje (( radiani) permite aplicarea criteriului direcional.

Udd0 i curentul de dezechilibru (homopolar) pentru detecia liniei cu punere la pmnt se bazeaz pe faptul c suma curenilor capacitivi ai liniilor sntoase debitai de surs prin capacitile fazelor acestora, se ntoarce prin faza defect i are sens opus (opoziie de faz) sensului curenilor capacitivi prin liniile sntoase aa cum rezult din fig. 5.3.

Astfel, considernd sensul pozitiv pentru curenii care circul de la barele staiei spre linie rezult :

pentru linia sntoas i :

pentru linia cu defect.

Deci :

EMBED Equation.2

EMBED Equation.2 , adic pe liniile sntoase curenii de dezechilibru (homopolari) au sensuri contrare cu curenii de dezechilibru (homopolari) de pe linia cu defect. Astfel apare posibilitatea utilizrii unui criteriu direcional de a distinge linia cu defect de celelalte linii fr defect.

Limitarea aplicrii acestui criteriu n reelele de MT cu neutrul izolat, este determinat de condiia (5.10) care acum devine :

( 0 (5.15)

ce este asigurat i pentru n = 2 i de faptul c tensiunea de referin Udd0, ce se obine de la un filtru de tensiune de secven homopolar (FTSH), este accesibil numai n instalaiile de distribuie de medie tensiune, din staiile de transformare, unde se monteaz asemenea filtre.

Fig. 3.3 Circulaia curenilor i diagrama fazorial a tensiunilor i

curenilor homopolari ntr-o reea cu neutrul izolat

Aceste filtre se pot monta n orice punct al reelei de distribuie de MT, ns din considerente economice se monteaz numai n instalaiile de distribuie ale staiei de transformare i ca urmare aplicarea criteriului direcional homopolar se face numai la captul circuitelor din instalaiile de distribuie ale staiei de transformare.

3.1.4. Dispozitive de protecie utilizate mpotriva punerilor la pmnt n reelele de MT cu neutrul izolat

Punerea monofazat la pmnt n reelele de distribuie de medie tensiune cu neutrul izolat, n general nu trebuie deconectat ns cel puin semnalizat [45], fiind posibil evoluia defectului i apariia unor duble puneri la pmnt. Ca urmare, reducerea la durate de (1-3) secunde a suprasolicitrilor fazelor sntoase privind deconectarea rapid a punerii la pmnt are mari avantaje. O problem deosebit, a crei rezolvare nu satisface n exploatare, o constituie sensibilitatea i mai ales selectivitatea dispozitivelor de protecie n acest tip de reele.

Soluiile aplicate n reelele electrice de distribuie de medie tensiune cu neutrul izolat pentru identificarea existenei unei puneri la pmnt i localizarea distribuitorului pe care acesta s-a produs se bazeaz pe:

- relee maximale de tensiune, acionate cu tensiunea de secven homopolar obinut de la filtre de tensiune de secven homopolar . Aceste relee, care identific practic doar existena unei puneri monofazate la pmnt, fiind absolut neselective, acioneaz numai la semnalizare;

- relee maximale de curent, realizate cu un releu maximal de curent, acionate de curentul de dezechilibru obinut prin intermediul unui filtru de curent de secven homopolar;

- relee direcionale homopolare a cror funcionare se bazeaz pe valorile diferite ale defazajelor dintre tensiunea de secven homopolar Udd0 (5.1) (adoptat ca referin) i curenii de dezechilibru Isdez (5.11), (0S (5.13) pe de o parte i curentul Iddez (5.12) i (0d (5.14) pe de alt parte.

n reelele de medie tensiune de medie tensiune cu neutrul izolat, diferena dintre aceste defazaje este de ( radiani, ceea ce ofer condiii bune pentru asigurarea selectivitii releelor direcionale.

n ara noastr se folosete releul direcional RCC produs de ICEMENERG a crui schem este prezentat n figura 5.4. Defazajele (0s i (0d sunt controlate prin intermediul a dou tensiuni UU i UI care se obin de la filtrele de tensiune i de curent homopolare. Prin formarea sumei (UU +UI) i a diferenei (UU - UI), calcularea modulului acestora cu ajutorul a dou puni redresoare i efectuarea diferenei dintre ele, se obine o mrime B care amplificat de un amplificator (A), va aciona releul intermediar RI numai cnd sensul mrimi de intrare n A este pozitiv, n caz contrar RI va fi blocat.

Releul funcioneaz prin analiza valorii mrimii B a crui semn depinde de (.

(5.16)

(- fiind unghiul ntre curentul i tensiunea homopolar. Mrimea B are valori pozitive cnd unghiul ( dintre UU = KU .U0 i UI = KI .Is,ddez are valori pozitive cuprinse ntre ((/2 (-(/2) i negative n restul intervalului. Trecerea amplificatorului de la o stare la alta se face brusc, conform unei caracteristici de tip releu. Aa cum rezult din ecuaia de mai sus, sensibilitatea maxim a releului (B=Bmax) se obine cnd (=0 (caracteristic wattmetric). Pentru obinerea unei caracteristici varmetrice, (sensibilitate maxim la (=(/2), trebuiesc introduse elemente suplimentare de defazare. 3.2. Tipuri de protecii utilizate n reelele de MT cu neutrul compensat

Detectarea defectelor monofazate n reelele cu neutrul compensat este relativ dificil, deoarece ea nu poate fi efectuat dup un simplu criteriu de maxim de curent homopolar. Efectiv fiecare plecare sntoas este parcurs de un curent (capacitiv) proporional cu propria capacitate. Plecarea defect este parcurs de un curent rezistiv la care se adaug un curent reactiv rezultat ca diferen dintre curentul inductiv al bobinei i suma curenilor capacitivi pe ansamblul plecrilor sntoase.

Se pot folosi ns armonicile superioare ale curentului de defect, prezentate n cazul oricrei puneri la pmnt care nu pot fi compensate de curentul bobinei. Mai poate fi folosit la sesizarea liniei defecte i criteriul puterilor ce circul pe plecri n cazul defectului. Puterile reziduale pe plecrile sntoase au caracter capacitiv, iar pe cea cu defect caracter inductiv [45, 46].

Realizarea sensibilitii i mai ales a selectivitii proteciilor n reelele compensate, reprezint una din cele mai complicate probleme ale tehnicii proteciei prin relee.

Aceasta face ca n reelele compensate s apar mereu soluii noi. Unele dintre acestea sunt destul de complicate i chiar sofisticate, ceea ce face ca n totalitate costul instalaiilor de protecie s contribuie cu o pondere important n costul de investiii al instalaiilor [45].

Soluiile de protecie cel mai frecvent utilizate n aceste reele mpotriva defectului monofazat sunt de urmtoarele categorii :

- protecia maximal de curent homopolar wattmetric;

- protecia homopolar direcional de regim tranzitoriu;

- protecia maximal de curent bazat pe apariia unor armonici superioare de curent;

- sistemul de detecie What;

- metoda DESIR.

3.2.1. Protecia maximal de curent homopolar wattmetric

Datorit compensrii prin locul defectului trece un curent rezidual, reprezentnd cteva procente din curentul de punere la pmnt al reelei. Practic nu se realizeaz condiia de rezonan : capacitile fa de pmnt variaz cu lungimea liniilor n funciune, iar bobina de stingere nu este niciodat o reactan pur ci prezint totdeauna o anumit rezisten. Chiar dac bobina de stingere este perfect acordat, prin locul de defect circul un curent rezidual activ, proporional cu rezistena bobinei i independent de rezistena de defect. Acest curent (Ih) este practic n faz cu tensiunea homopolar (Uh) pentru linia de defect i n cuadratur pe liniile sntoase. Sensul acestui curent se poate detecta utiliznd un algoritm de calcul al "puterii active homopolare" [54]. ntr-adevr dac se noteaz cu:

- Uh - tensiunea homopolar

- Ih - curentul homopolar

- Sh - puterea aparent homopolar

i (h = ( (Uh, Ih) atunci :

Sh = Uh .I*h = Ph + j(Qh cu

Ph = Uh(Ih(cos (h ; Qh = Uh(Ih(sin (h (5.17)

Calculnd fazorii Uh i Ih prin metoda Fourier se obin componentele reale i imaginare ale acestora:

Ph = Uhre . Ihre + Uhim . I

-Qh = Uhim . Ihre + Uhre . Ihim (5.18)

Dac Ph ( 0 atunci se declar defect pe acea linie, iar dac Ph ( 0 defectul este pe alt plecare.

n vederea creterii sensibilitii proteciei, avnd n vedere c valoarea prii active a Ih poate fi relativ mic, se modific diagrama de acionare prin rotirea fazorului Uh cu un unghi (C (de corecie) aa cum se prezint n fig. 5.5. Se observ c n acest caz P(h ( Ph.

Trebuie de menionat c tensiunea homopolar are o valoare apropiat de cea nominal n cazul punerii la pmnt i deci este mai avantajos (din punct de vedere al erorilor de calcul) a se roti acest fazor dect fazorul Ih, rotire care teoretic ar conduce la acelai rezultat. Relaiile (5.18) rmn valabile prin utilizarea fazorului Uh exp(-j(c) n locul fazorului Uh.

3.2.2. Metoda variaiei curentului homopolar wattmetric

O mbuntire a sensibilitii metodei bazate pe sesizarea prii active a componentei homopolare a curentului se poate obine prin supravegherea continu a vitezei de modificare a componentei wattate a puterii Sh.

Principial metoda se bazeaz pe calculul variaiei valorii efective a prii reale a "puterii homopolare" Ph. n acest scop se calculeaz valoarea efectiv a Ph dup fiecare interval de timp de eantionare. Pentru calculul variaiei (Ph se iau n considerare valoarea efectiv calculat la momentul curent (notat cu Phef(k)) i valoarea efectiv calculat cu nT perioade n urm (notat Phef(K-nT)). Se estimeaz viteza de variaie a Ph prin aproximaia [54].

(5.19)

unde s-au notat :

- T - perioada semnalului

- n - numrul ntreg de perioade de utilizat n calcule (de regul 1...3)

Condiia de acionare devine n acest caz :

(5.20)

unde s-a notat cu Val regl [Wprim/ms] reglajul impus.

Astfel se obine o cretere a sensibilitii proteciei la punerea la pmnt prin sesizarea regimului tranzitoriu de trecere de la reglajul normal permanent la regimul stabilizat de defect.

3.2.3. Protecia homopolar direcionat de regim tranzitoriu

n momentul apariiei unei puneri la pmnt se produce un proces tranzitoriu provocat de descrcarea capacitii i scderea tensiunii la zero a fazei defecte i concomitent de ncrcare a capacitilor i creterea tensiunilor fazelor sntoase la valorile tensiunilor ntre faze. Procesul tranzitoriu este caracterizat prin :

- prima semiperioad a curentului homopolar tranzitoriu, pe linia defect, este n faz cu tensiunea homopolar n timp ce pe liniile sntoase, aceste mrimi sunt n opoziie;

- amplitudinea curentului tranzitoriu este de cteva ori mai mare dect a curentului stabilizat de punere la pmnt;

- ntrzierea manifestrii efectului curentului din circuitul bobinei (IL) ceea ce face ca n primele momente ale regimului tranzitoriu, reeaua de distribuie de medie tensiune s se comporte ca o reea cu neutrul izolat putndu-se aplica criteriul direcional n regim tranzitoriu pentru detectarea circuitului cu defect.

3.2.4. Protecia maximal de curent de armonici superioare

n cazul unei puneri la pmnt, pe lng curenii capacitivi cu frecven fundamental de 50 Hz, apar i cureni capacitivi de armonici superioare, n special armonicile 3, 5 i 7 care au valori relativ mari. Impedanele capacitilor fazelor sntoase prin care circul curenii capacitivi scad odat cu creterea frecvenei, astfel nct la o punere la pmnt cresc amplitudinile armonicilor din curba curentului de defect Curentul inductiv produs de bobina de stingere nu conine armonici ca urmare a funcionrii bobinei n regim nesaturat. nsumarea curenilor capacitivi prin linia cu defect determin i cureni de armonici superioare, mai mari pe linia cu defect dect pe liniile sntoase, astfel nct o protecie bazat pe principiul maximului intensitii curentului pentru o anumit armonic poate selecta linia defect de celelalte sntoase.

Apariia armonicilor n curba curentului de defect se datoreaz neliniaritii caracteristicii u = f (I) a arcului electric de la nivelul solului i din sol (Jeerings [51, 52] i Emanuel [53]).

Astfel la apariia defectelor la pmnt, se observ n mod invariabil urme de arc electric n vegetaia de la sol nsoite de degajri de fum i gaze. Totui dup opinia Jeerings, fenomenele de baz care conduc deopotriv la cureni de intensiti sczute i la distorsionarea curbei curenilor de defect, apar n interiorul solului. Aceste fenomene includ existena n sol a unor gradieni de tensiune de valori ridicate, neuniform distribuii, care provoac arc electric ntre particulele din sol.

La reacia neliniar a particulelor din sol se adaug efectul umiditii solului i efectul termic. Arcul electric care apare n aer, la suprafaa solului are i el o contribuie favorizant n apariia armonicilor din curba curentului de defect, dar arcul electric nu poate fi fcut rspunztor de totalitatea efectelor observate.

Observaiile i experimentrile efectuate [53] confirm nesimetria curentului de defect. Semiperioada pozitiv are amplitudinea mai mare dect cea negativ. Aceast form a curbei este specific att curenilor de defect cu intensiti mari, ct i a curenilor de intensitate redus cu condiia existenei arcului electric. Aceast nesimetrie este apreciabil i n histereza caracteristicii V-i a arcului, dar i n tensiunea pe arc, care este mai mic n semiperioada pozitiv.

Dup acelai autor, dezvoltarea arcului electric cuprinde urmtoarele faze :

1. la amorsarea arcului vrful arcului provoac n sol modificarea sever a distribuiei cmpului electric, conducnd la intensificarea cmpului electric la vrful arcului. Emisia termoionic, gradienii de valori ridicate ale cmpului electric ct i retragerea stratului conductor din sol provoac extinderea arcului;

2. arcul electric extins, penetrat n sol are o caracteristic V-i nesimetric, datorit particulelor de siliciu care acioneaz ca o "pat catodic" determinnd

emisia de electroni i provocnd o cdere de tensiune mai mic pe alternana pozitiv a tensiunii conductorului;

3. continuarea extinderii arcului n sol conduce la uscarea solului n vecintatea arcului i modific balana termoenergetic ntre cantitatea de cldur generat i cea transferat mediului nconjurtor conducnd la stingerea arcului;

4. reaprinderea arcului urmare, fie a umiditii din sol care readuce startul conductor n apropierea conductorului de nalt tensiune, fie datorit apariiei unor condiii prielnice ntr-un alt punct al conductorului czut la sol.

Factorii prezentai mai sus conduc astfel la distorsionarea curbei curentului de defect i la apariia armonicilor de ordinul 2,3,5 i 7 avnd diverse amplitudini i care au valoarea maxim prin linia cu defect. Nivelul armonicilor indicat de Emanuel [53] pentru un caz real de punere la pmnt prin rezisten mare de trecere, se prezint n tabelul 5.1.

La utilizarea armonicilor superioare trebuie inut seama de trei aspecte eseniale :

1. studiile amnunite descrise n [51,52,53 se refer n special la sistemul energetic de medie tensiune al SUA, sistem funcionnd cu neutrul legat direct la pmnt, aadar cu intensiti ridicate ale curentului de punere la pmnt;

2. valorile curenilor de punere la pmnt n reelele tratate prin bobin de stingere sunt mult mai mici dect n cazul reelelor cu neutrul legat direct la pmnt i probabil din acest motiv fenomenele sunt mai puin intense;

Tabelul 5.1. Nivelul armonicilor din curba curentului de nulRangul

ArmoniIntensitatea curentului de nul [A]

MinMedieMax

1174585

200,1482,7

32,94,726,8

40,060,1140,32

50,021,3944,5

60,050,140,36

70,100,451,4

90,021,653,7

110,010,22,0

130,020,180,55

3. existena chiar n regim normal, a armonicilor n curba curenilor de sarcin, urmare a regimurilor deformante care pot estompa sau modifica raportul amplitudinilor armonicilor, ntre linia cu defect i cele fr defect, fcnd practic imposibil de aplicat acest criteriu.

5.2.5. Sistemul de detecie What

n acelai timp pe reelele compensate odat cu creterea cantitii de materiale electroizolante n reelele de MT apare un nou tip de defect i anume defectul reamorsat. Acesta poate fi considerat ca o succesiune de defecte care se autosting dar care reamorseaz att timp ct tensiunea fazei cu defect depete tensiunea de reamorsare a defectului. Regimul de defect permanent este astfel nlocuit cu o succesiune de defecte tranzitorii. n cazul unui defect de acest tip proteciile wattmetrice clasice ce lucreaz pe armonica principal (50 Hz) funcioneaz eronat. Fa de cele prezentate mai sus EDF a dezvoltat un nou criteriu de detecie (sistemul What) [56].

Acest sistem se bazeaz pe analiza fizic a fenomenelor de la apariia i dispariia defectului.

n absena defectului, circuitul homopolar const n capacitile homopolare ale plecrilor, rezistena i inductana neintrnd n calcul. n momentul apariiei defectului, acest circuit homopolar se ncarc prin rezistena defectului stocndu-se energie n bobin (1/2 L(I2) i n capacitile homopolare ale plecrilor (1/2 C(U2). O protecie plasat pe plecarea cu defect va vedea o variaie de energie negativ trimis spre bobin i spre celelalte plecri, n timp ce o protecie montat pe o plecare sntoas va vedea o variaie de energie pozitiv (fig. 5.6).

Detectarea sensului energiei pe plecri garanteaz selectivitatea la apariia defectului. Transferul de energie care ne intereseaz aici nu trebuie luat n considerare, componenta oscilatorie la 100 Hz corespunznd puterii fluctuante reflectnd schimbul de energie ntre bobin i capacitile plecrilor.

La dispariia defectului, energia stocat n inductan i capacitile plecrilor se descarc prin rezistena bobinei (regim oscilant liber a unui circuit R,L,C). Toate proteciile plecrilor vor vedea o variaie de energie negativ. Semnul transferului de energie nu este diferenial la dispariia defectului (fig. 5.7).

Acest principiu de detecie este asociat cu o detecie wattmetric clasic.

Protecie wattmetric homopolar bazat pe acest principiu este montat pe fiecare din plecri.

3.2.6. Metode pentru localizarea punerilor la pmnt foarte rezistente

n reelele compensate

Detecia selectiv a defectelor la pmnt foarte rezistente este relativ dificil cu relee utilizate n mod curent.

Defectele la pmnt foarte rezistente provoac dezechilibre n reeaua trifazat. Acestea sunt caracterizate prin apariia unei tensiuni homopolare U0 i a circulaiei de cureni reziduali IN = 3(I0 pe plecri.

n fig 5.8. este reprezentat ntr-o form simplificat, o reea radial cu 4 plecri legate la un sistem de bare colectoare i n care se produce pe plecarea 1, un defect la pmnt foarte rezistent cu impedana indicat prin ZD [30].

Fig. 5.8 Schema echivalent pentru sistemul homopolar

cu ocazia unui defect la pmnt

Diagrama circuitului echivalent este bazat pe presupunerea faptului c simetria unui sistem trifazat este din nou stabilit dac n punctul de plecare pe defect este conectat o surs de tensiune E n serie cu impedana de defect ZD, egal cu tensiunea faz - pmnt nainte de apariia defectului.

Sistemul de secven homopolar, generat de sursa E, care se suprapune peste sistemul simetric, poate fi utilizat pentru descrierea sistemului de protecie mpotriva defectelor cu pmntul.

Capacitatea total faz - pmnt a reelei care este constituit din capacitile faz - pmnt a reelei a plecrilor sntoase (C2, C3, C4) i capacitatea faz - pmnt a plecrii defecte C1, formeaz un circuit de rezonan cu bobina de stingere L, conectat ntre punctul neutru N i pmnt.

Circuitul de rezonan are impedana Z0 i este alimentat de tensiunea de faz E prin impedana de defect ZD. Mrimea impedanei ZD determin mrimea tensiunii homopolare U0 pe bobina de stingere. n cazul unui defect net la pmnt, valoarea impedanei de defect este aproape zero i tensiunea homopolar U0 n punctul de conectare a bobinei are tensiunea de faz E. Pe de alt parte, dac impedana ZD are o valoare ridicat, adic dac / ZD / ( Z0 , tensiunea homopolar U0 nu va fi dect o fraciune din tensiunea de faz E.

Tensiunea homopolar i curenii homopolari ai plecrilor sunt utilizate pentru detectarea unui defect la pmnt pe o reea trifazat.

Metodele folosite pentru detecia selectiv a defectelor la pmnt utiliznd dispozitive de protecie uzuale sunt limitate.

n cele ce urmeaz este prezentat o metod de localizare a defectelor la pmnt, acestea permind detectarea defectelor foarte rezistente n ciuda importantelor dezechilibre ale reelei i utilizarea montajului Holmgreen cu transformatoare de curent de precizie uzuale.

Metoda DESIR

Protecia wattmetric utilizeaz ca semnal de intrare produsul tensiunii homopolare V0 i curentul rezidual Ir.

n cazul defectului cu rezisten mare, tensiunea homopolar V0 este slab la fel ca i curentul rezidual Ir. Sensibilitatea sistemului de protecie pentru defectele cu rezisten mare nu este satisfctoare pn n prezent n reelele compensate.

Metoda DESIR (D(tection Selective par les Intensits Residuelles) dezvoltat de EdF rspunde acestei exigene [56, 57, 58].

Fig. 5.9 Principiul de detecie a defectelor prin metoda "DESIR"

Aceast metod const n faptul c curenii homopolari de pe toate liniile racordate la bara de medie tensiune, IN1.....INN, se adun fazorial, curentul rezultant INS, fiind defazat cu aproximativ (/2 capacitiv fa de tensiunea homopolar U0. Proiecia curenilor homopolari IN1....INN pe o dreapt perpendicular pe fazorul rezultant, INS, corespunde aproximativ prii active a fiecrui curent homopolar. n cazul unei puneri la pmnt, linia cu defect se poate selecta utiliznd proiecia curenilor homopolari de pe liniile sntoase.

n figura 5.9. se prezint diagrama fazorial a curenilor homopolari unei reele cu patru linii de medie tensiune, ntr-o reea cu neutrul tratat prin bobin de stingere. Presupunnd defectul pe plecarea nr.1 curentul homopolar care circul prin aceast linie este defazat cu un unghi mai mare de (/2 capacitiv fa de tensiunea homopolar U0, spre deosebire de curenii homopolari de pe plecrile sntoase care sunt defazai cu un acelai unghi de (/2 capacitiv fa de tensiunea U0. nsumnd fazorial cei patru cureni se obine curentul rezultant INS. Originalitatea acestei metode const n faptul c nu se utilizeaz tensiunea homopolar U0 ca referin de faz ci perpendiculara la suma curenilor reziduali INS (ca ax de proiecie) pe care se proiecteaz curenii homopolari IN1....INN. Se observ din figur c linia cu defect are proiecie negativ pe aceast dreapt, spre deosebire de plecrile sntoase a cror proiecie este pozitiv pe aceeai dreapt. n acest fel se obine un criteriu eficient de selecie a plecrii cu defect.

Aceast metod este mai sensibil dect metoda curentului homopolar wattmetric datorit sistemului proieciilor curenilor homopolari. Pe de alt parte metoda este limitat de dezechilibrele naturale existente n reea i care creeaz cureni homopolari chiar n absena unui defect, precum i de erorile transformatoarelor de msur de curent.

Sistemul de detecie a defectelor rezistente prin metoda DESIR, poate fi aplicat la oricare din modurile de punere la pmnt a neutrului cu condiia ca neutrul s fie pus la pmnt ntr-un singur punct.

3.2.7. Dispozitive de protecie utilizate mpotriva punerilor la pmnt n reelele de MT cu neutrul compensat

Aa cum s-a artat n paragrafele anterioare, regimul de punere monofazat la pmnt n reelele de medie tensiune cu neutrul compensat are caracteristici diferite n funcie de nivelul de compensare. n cazul acordului la rezonan prin locul defectului trece un curent rezidual reprezentnd numai cteva procente din curentul de punere la pmnt al reelei. Practic nu se realizeaz exact condiia de rezonan: capacitile fa de pmnt variaz cu lungimea liniilor n funciune, iar bobina de stingere nu este niciodat o reactan pur ci reprezint totdeauna o anumit rezisten. Din acest motiv, curentul rezidual are totdeauna o component activ care nu se poate anula niciodat. Chiar dac bobina este perfect acordat (la rezonan), prin locul de defect circul un curent rezidual activ, proporional cu rezistena bobinei i independent de rezistena bobinei de defect. Deoarece curentul capacitiv al reelei IR ca i curentul inductiv dat de bobina de stingere nu sunt defazai exact de 900 fa de tensiunea homopolar luat ca referin, apare un curent rezidual activ n faz cu aceast tensiune [5].

Pe aceast proprietate se bazeaz folosirea n cazul reelelor compensate, a releelor direcionale de tip wattmetric, aa-numitele relee cos( pentru care condiiile de funcionare sunt Ur*Ir cos(r>0. Se observ c acest releu are cuplu maxim pentru (=0.

Releul fiind acionat de curentul rezidual activ, de valoare foarte mic, mai ales dac reeaua funcioneaz la rezonan iar curentul de punere la pmnt este sczut, protecia nu va lucra corect dect dac curentul rezidual activ va fi mai mare dect curentul de dezechilibru maxim ce poate aprea pe secundarul filtrului de curent de secven homopolar, format din cele trei transformatoare de curent de la care se alimenteaz releul. Datorit principiului su de funcionare, acest releu nu sesizeaz

punerile la pmnt, de foarte scurt durat, autostingtoare; din acest motiv s-au elaborat relee homopolare direcionale care acioneaz n timpul procesului tranzitoriu de punere la pmnt.

3.2.7.1. Releul direcional de procese tranzitorii (RDT)

Acest releu produs de ICEMENERG funcioneaz numai n timpul procesului tranzitoriu al unei puneri la pmnt i are posibilitatea s sesizeze orice punere la pmnt, de durat sau autostingtoare. RDT poate fi utilizat ca protecie selectiv contra punerilor la pmnt n reelele cu neutrul izolat sau compensat cu cureni capacitivi mai mari de 3A, cu configuraie buclat, sau n staii chiar cu mai puin de trei plecri.

RDT - Schema interna

RDT schema externa

n momentul apariiei unei puneri la pmnt se produce un proces tranzitoriu provocat de descrcarea capacitii i scderea tensiunii la zero a fazei defecte i concomitent de ncrcarea capacitii lor i creterea tensiunilor ntre faze. Procesul tranzitoriu este caracterizat prin[5]:

- prima semiperioad a curentului homopolar tranzitoriu, pe linia defect, este n faz cu tensiunea homopolar, n timp ce pe liniile sntoase, aceste mrimi sunt n opoziie;

- amplitudinea curentului tranzitoriu este de cteva ori mai mare dect a curentului stabilizat de punere la pmnt;

- amplitudinea curentului tranzitoriu este maxim pe linia cu defect;

- curentul inductiv produs de bobina de stingere are o vitez de cretere mai mic dect cea a curentului capacitiv i nu influeneaz desfurarea procesului tranzitoriu (n aceast perioad reeaua este necompensat). Releul acioneaz dac prima semiund a curentului homopolar este n faz cu tensiunea homopolar i se blocheaz n caz contrar. Releul memoreaz funcionarea sa n prima alternan care urmeaz apariiei punerii la pmnt i nu mai reacioneaz n timpul proceselor care urmeaz.

Dup dispariia punerii la pmnt, releul se rentoarce automat la starea iniial fiin