Elektrotehnički fakultet Univerziteta u Beogradu

Relejna zaštita – labaratorijske vežbe __________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________

1

Vežba 4:

ISPITIVANJE STATI ČKE GENERATORSKE ZAŠTITE

Cilj vežbe je ispitivanje sledećih zaštitnih releja: (1) zemljospojnog za zaštitu statora generatora (RUWA 117 E), (2) podnaponskog releja (RUVA 116 E), (3) prekostrujnog releja (RIVC 148 E), (4) diferencijalnog releja (RDIM 111 E), (5) zaštita od povratne aktivne snage (RPVB 105E) i (6) zaštita od gubitka pobude (RPZC 103E).

1. ISPITIVANJE RELEJA ZA ZEMLJOSPOJNU ZAŠTITU STATO RA GENERATORA Proboj izolacije statorskog namotaja prema uzemljenim delovima, odnosno aktivnom gvožđu statora, dosta je čest kvar u pogonu generatora. Do proboja dolazi zbog mehaničkih oštećenja izolacije kod izrade, montaže ili remonta generatora, zbog mehaničkih naprezanja i oštećenja izazvanih vibracijama namotaja ili statorskih limova, zbog starenja izolacije i prekomernog naprezanja atmosferskim ili pogonskim prenaponima. Karakteristično za zemljospoj statorskog namotaja generatora je pojava nultih komponenti napona prema zemlji. U normalnom pogonu, kad nema kvarova, napon zvezdišta prema zemlji je jednak nuli. Ukoliko dođe do zemljospoja jedne faze namotaja statora, onda zvezdište dobije napon prema zemlji. Napon zvezdišta je srazmeran odstojanju mesta zemljospoja od zvezdišta. Ukoliko se mesto zemljospoja nalazi u smoj blizini zvezdišta, napon je zanemarljivo mali, a sa udaljavanjem mesta zemljospoja od zvezdišta, ka izvodima generatora, napon zvezdšta je viši. Kao kriterijum za delovanje zaštite uzima se pojava napona zvezdišta. Kod generatora u blok spoju sa transformatorom, generatorska strana je galvanski odvojena od mreže, tako da se zaštita realizuje pomoću naponskog releja priključenog na napon zvezdišta generatora prema zemlji.

Potrebno je izvršiti ispitivanje releja, koji služi za zaštitu od zemljospoja statora, tipa RUWA 117 E (Sl.1). Relej RUWA 117 E je jednofazni naponski relej.

Slika 1 Relej RUWA 117 E

Elektrotehnički fakultet Univerziteta u Beogradu

Relejna zaštita – labaratorijske vežbe __________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________

2

Tehnički podaci releja RUWA 117 E

nazivni napon: Un=100V nazivna frekvencija: fn=50 Hz podesivost proradne vrednosti (2,5-12,5)% Un (kontinualno) sa tačnošću ± 2% kod najnižeg i najvišeg podešenja na skali (kontinualno) podesivost vremena prorade (0,1-1) s (kontinualno) pomoćno napajanje +24V DC iz RNM 107 E

Potrebno je podesiti proradnu vrednost napona na 12,5%Un i vreme prorade na maksimum (1 s). Napon se zatim povećava dok relej ne reaguje. Pri ispitivanju releja potrebno je posmatranjem odgovarajuće indikacije uočiti kada relej reaguje. Nakon što podešeni napon pređe zadatu vrednost, na releju će zasvetleti žuta signalna lampica (na levoj strani Sl.1), a nakon isteka podešenog vremena reagovanja će zasvetleti i crvena signalna lampica (na desnoj strani Sl.1). Pri smanjivanju napona led dioda se gasi. Pri smanjivanju napona potrebno je pritiskati taster RESET da bi se utvrdilo da li je relej prestao da reaguje. Napon treba polako smanjivati da se ne bi propustio trenutak prestanka reagovanja. 2. ISPITIVANJE PODNAPONSKOG RELEJA Potrebno je izvršiti ispitivanje podnaponskog releja RUVA 116 E (Sl.2). Tehnički podaci releja RUWA 116 E

nazivni napon Un=100V nazivna frekvencija fn=50 Hz podesivost proradne vrednosti (0,6-1)Un (kontinualno) podesivost vremena prorade (0,5-5) s (kontinualno) pomoćno napajanje +24V DC iz RNM 107 E

Slika 2 Relej RUVA 116 E

Elektrotehnički fakultet Univerziteta u Beogradu

Relejna zaštita – labaratorijske vežbe __________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________

3

Pre samog početka ispitivanja potrebno je podesiti zadatu proradnu vrednost napona. Vremenski relej treba podesiti na minimum (0,5 s). Zatim je potrebno napon, koji je podešen na 100 V, postepeno smanjivati sve do prorade releja. Merenje treba uraditi prema Tabeli 1 i u nju uneti izmerene vrednosti. Na osnovu dobijenih rezultata potrebno je nacrtati karakteristiku U1=f(Up), Up – podešen napon releja; U1- napon reagovanja.

Tabela 1 Rezultati ispitivanja podnaponskog releja RUVA 116E Up (r.j.) 1 0,9 0,8 Up (V) 100 90 80 U1(V)

Up – podešen napon releja; U1- napon reagovanja. 3. ISPITIVANJE PREKOSTRUJNOG RELEJA

Potrebno je izvršiti ispitivanje prekostrujnog releja RIVC 148 E (Sl.3). Tehnički podaci releja RIVC 148 E

nazivna struja In=5A nazivna frekvencija fn=50Hz područje podešenja prorade (sa vremenskim članom): (0,5-1,5)In (kontinualno) područje podešenja prorade (trenutni član): (2-10)In (kontinualno) podesivost vremena odlaganja prorade (0,5-5)s, (kontinualno) pomoćno napajanje +24V DC iz RNM 107 E

Slika 3 Relej RIVC 148 E

Relej RIVC 148 E je dvokanalni. Prvi kanal je sa definisanim vremenskim kašnjenjem, dok je drugi kanal bez vremenskog kašnjenja. Nominalna struja releja je 5 A. Opseg podešavanja prvog kanala je Ip=(0,5-2,5)In, a drugog Ip=(2-10)In. Vremenski relej prvog kanala može se podesiti u opsegu (0,5-5) s.

Elektrotehnički fakultet Univerziteta u Beogradu

Relejna zaštita – labaratorijske vežbe __________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________

4

Pre samog početka ispitivanja potrebno je podesiti prvi kanal na vrednost Ip zadatu na vežbama. Vremenski relej treba podesiti na maksimalnu vrednost (5 s). Drugi kanal treba podesiti na vrednost Ip=2In. Prvo se vrši ispitivanje prvog kanala tako što se struja povećava dok relej ne reaguje. Nakon što podešena struja pređe zadatu vrednost (Ip), na releju će zasvetleti žuta signalna lampica (gornja lampica na levoj strani Sl.3), a nakon isteka podešenog vremena reagovanja, zasvetleće i crvena signalna lampica (na desnoj strani Sl.3). Ispitivanje prekostrujnog člana sa trenutnim reagovanjem vrši se tako što se pomoću strujnog izvora (prebacivanjem na prvi veći opseg) trenutno zadaje veća struja koja treba da izazove reagovanje. Treba uočiti da li je relej reagovao posmatranjem odgovarajuće signalne lampice (donja lampica na levoj strani Sl.3) 4. ISPITIVANJE DIFERENCIJALNOG RELEJA

Trofazni relej RDIM 111 E (Sl.4) služi za diferencijalnu zaštitu sinhronih generatora. Na Sl.5 je prikazana šema po kojoj će biti ispitivan ovaj relej.

Slika 4 Relej RDIM 111 E

Slika 5 Šema veza za ispitivanje diferencijalnog releja RDIM 111 E

Elektrotehnički fakultet Univerziteta u Beogradu

Relejna zaštita – labaratorijske vežbe __________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________

5

Tehnički podaci releja RDIM 111 E

nazivna struja: In=5A nazivna frekvencija fn=50 Hz stabilizacija v=25% osnovno podešenje g=5-25% neosetljivost na struju uključenja do 15In pomoćno napajanje +24V DC iz RNM 107 E

Potrebno je snimiti karakteristiku reagovanja stabilizovanog diferencijalnog releja. RDIM 111 E

vrši praćenje diferencijalnih struja svake faze (I∆R, I∆S, I∆T) i ukoliko neka od diferencijalnih struja dostigne podešeni procenat nazivne struje relej reaguje. Tipična karakteristika reagovanja diferencijalnog releja prikazana je na Sl.6 i sastoji se od horizontalne linije, koja definiše minimalnu diferencijalnu struju pri kojoj relej reaguje (Idmin), i od linije sa nagibom (v), kojim je određeno povećanje diferencijalne struje sa porastom stabilizacione struje. Na releju se pomoću ''g'' podešava minimalna struja reagovanja diferencijalnog releja izražena u % nominalne struje, dok je nagib karakteristike reagovanja v=25%.

Merenja treba obaviti prema sledećoj tabeli.

Tabela 2 Rezultati ispitivanja diferencijalnog releja RDIM 111E Relej RDIM 111 E treba podesiti tako da budu g=25% i v=25%

Ia (A) Ib (A) Is (A) 3 5 7 10 12,5 15 Id (A)

Merenje se obavlja na sledeći način. Potrebno je podesiti struje Ia i Ib tako da budu jednake po

modulu. Tada je, na primer za Ia = Ib=2,5 A, stabilizaciona struja:

2,5 2,52,5

2 2a b

s

I II A

+ += = = , (1)

a diferencijalna struja:

2,5 2,5 0d a bI I I A= − = − = . (2)

U drugom koraku struja Ia se malo poveća, a struja Ib za isti odnos smanji. Pri tome se

stabilizaciona struja ne menja, a pojavljuje se diferencijalna struja. Na primer:

2,6 2,42,5

2 2a b

s

I II A

+ += = = i 2,6 2,4 0,2d a bI I I A= − = − = . (3)

Na opisani način može se za svaku vrednost stabilizacione struje odrediti diferencijalna struja

pri kojoj relej reaguje. Kao indikator reagovanja koristi se odgovarajuća led dioda. Na osnovu izmerenih vrednosti iz prethodne tabele nacrtati karakteristiku reagovanja releja Id=f(Is). Izgled tražene karakteristike prikazan je na Sl.6.

Elektrotehnički fakultet Univerziteta u Beogradu

Relejna zaštita – labaratorijske vežbe __________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________

6

Slika 6 Tipična karakteristika reagovanja diferencijalnog releja

5. ZAŠTITA OD POVRATNE AKTIVNE SNAGE Ako iz nekog razloga nestane dovod pogonske energije turbini, ona prestaje da daje pogonsku energiju generatoru. Sinhroni generator prelazi u motorno područje i kao sinhroni motor pogoni turbinu uzimajući za to potrebnu snagu iz mreže. Ovakvo pogonsko stanje ne predstavlja opasnost za sinhroni generator, ali je opasno za turbinu. Uloga zaštite od povratne aktivne snage je da spreči teže havarije turbine. Potrebno je izvršiti ispitivanje releja koji služi za zaštitu od povratne aktivne snage, tipa RPVB 105E (Sl.7). Relej RPVB 105E je usmereni relej. Kao kriterijum delovanja zaštite od povratne aktivne snage uzima se trenutak kada se iz mreže uzima (2-4)% aktivne snage generatora. Vremensko kašnjenje zaštite je neophodno radi sprečavanja reagovanja pri oscilovanju generatora, kada aktivna snaga periodično menja smer. Tehnički podaci releja RPVB 105E nazivni napon: Un=100 V nazivna struja: In=5 A nazivna frekvencija: fn=50 Hz karakteristični ugao: 0⁰, 90⁰ podešenje prorade: (0,5-10)% Pn podesivost vremenskih članova: T1: (0.5-5)s (kontinualno) T2: (5-50)s (kontinualno) pomoćno napajanje +24V DC

Slika 7 Relej RPVB 105E

Elektrotehnički fakultet Univerziteta u Beogradu

Relejna zaštita – labaratorijske vežbe __________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________

7

Struja (IT) i napon (URS) dovode se u relej preko ulaznih transformatora (Sl.8 i Sl.9). Pošto je fazni pomeraj između ovih veličina oko 90⁰ (za čisto aktivno opterećenje ovaj ugao je tačno 90⁰), treba koristiti usmereni relej reaktivne snage ili sinusnog tipa. Zato je podešena vrednost unutrašnjeg ugla releja α=90⁰.

Slika 9 Blok šema relej RPVB 105E

Slika 8 Fazorski dijagram

Uslov za proradu releja je:

( )cospI I≤ ⋅ ϕ − α , (4)

gde su: Ip – proradna vrednost, I – merena vrednost struje, φ – ugao između napona i struje koji se dovode na ulaz, α - karakteristični ugao releja.

Elektrotehnički fakultet Univerziteta u Beogradu

Relejna zaštita – labaratorijske vežbe __________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________

8

Potrebno je podesiti proradnu vrednost na 10%Pn, vremenske članove: T1 na 0,5 s i T2 na 5 s. Na izvoru trofaznog napona i struje sa podesivim faznim stavom podesiti napon URS na 100V, a struju na 1 A, što odgovara opterećenju generatora od 20% naznačene snage. Nakon toga, na izvoru podesiti fazni pomeraj na 0⁰. Zatim, prebacivanjem odgovarajućeg preklopnika na izvoru, fazni pomeraj prebaciti na 180⁰. Registrovati reagovanje releja. Potom, smanjiti struju na minimum, resetovati relej i postepeno povećavati struju do reagovanja releja. Posmatranjem odgovarajuće indikacije uočiti kada relej reaguje. Zabeležiti struju prorade. 6. ZAŠTITA OD GUBITKA POBUDE Generator radi u asinhronom režimu sa mrežom na koju je priključen ako mu nestane pobuda ili ako iz nekog razloga ispadne iz sinhronizma. Ako je generator u trenutku gubitka pobude opterećen aktivnom snagom, generator ispada iz sinhronizma, povećava mu se broj obrtaja i prelazi u režim rada asinhronog generatora. Generator počinje iz mreže da uzima reaktivnu snagu. U tom slučaju indukuju se struje u rotorskim namotajima i u magnetskom kolu rotora. One dovode do zagrevanja rotora i kod dužih pogona mogu dovesti do oštećenja rotora. Zbog pojave velikih struja magnećenja (2In) i zbog velikih indukovanih struja u rotoru, koje mogu dovesti do većih oštećenja, ne dozvoljava se asinhroni rad generatora. Potrebno je izvršiti ispitivanje releja, koji služi za zaštitu od od gubitka pobude RPZC 103 E (Sl.10). Relej RPZC 103 E ima kružnu karakteristiku reagovanja, simetričnu u odnosu na imaginarnu osu u R-X dijagramu (Sl.11). Za vreme normalnog rada radna tačka generatora nalazi se u prvom kvadrantu. Kada dođe do nestanka pobude, generator počinje da uzima reaktivnu snagu iz mreže, zbog čega vektor impedanse ulazi unutar kruga reagovanja releja, čime relej dobija uslov za proradu. Tehnički podaci releja RPZC 103E nazivni napon: Un=100 V nazivna struja: In=5 A nazivna frekvencija: fn=50 Hz podešenje kruga prorade: a1 i a2 – (0-99)% sa korakom 1% podešenje vremena prorade: (0-9.9)s pomoćno napajanje +24V DC

Slika 10 Relej RPZC 103E

Elektrotehnički fakultet Univerziteta u Beogradu

Relejna zaštita – labaratorijske vežbe __________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________

9

Slika 11 Karakteristika reagovanja releja

Na Sl.12 prikazana je šema priključaka releja RPZC 103 E. Relej se priključuje na fazne struje IS i IT, kao i na napon UST.

Slika 12 Šema priključaka releja RPZC 103 E

Na prednjoj strani releja (Sl.10) nalaze se tri digitalna potenciometra za podešavanje releja i to: 1. a1 i a2 za definisanje kružne karakteristike prorade.

Podešenje tačke A određeno je sledećom formulom:

1 31

87,5(%)

d

a kk x

= ⋅⋅

(5)

Podešenje tačke B određeno je sledećom formulom:

Elektrotehnički fakultet Univerziteta u Beogradu

Relejna zaštita – labaratorijske vežbe __________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________

10

2 3'1

8,5(%)

d

a kk x

= ⋅⋅

(6)

(Za hidrogeneratore je uobičajeno k1=0,8 i k2=0,8, dok se k3 određuje u zavisnosti od štićenog generatora - u slučaju HE Pirot k3=0,98.)

2. t za podešavanje vremena odlaganja prorade. Pre samog početka ispitivanja potrebno je podesiti krug prorade: a1=48% i a2=52%, vreme prorade podesiti na 0.5 s. Naponski izvor (UST) podesiti na 100 V. Struje (u svim fazama) podesiti na vrednost 3 A. Fazni pomeraj podesiti tako da se radna tačka nalazi u prvom kvadrantu što odgovara normalnim uslovima rada. Zatim postepeno menjati fazni pomeraj dok relej ne reaguje. Uočiti pri kojoj vrednosti ugla (faznog pomeraja) relej ulazi u zonu reagovanja, a pri kojoj izlazi iz nje.