Zastita i Automatika u EES

Редакција: Ђула ПОКА

ZA[TITA I AUTOMATIKA U ELEKTROENERGETSKIM SISTEMIMA

űű "Плава књига"

2

Ovu kwigu posve}ujemo uspomeni na

dr Tibora BENDE[A i

dr Lasla PAZMANDIJA U toku wihovog plodonosnog rada obojica su mnogo u~inila za ostvarivawe moderne za{tite elektroenergetskog sistema Ma|arske. Autori koji sebe smatraju wihovim u~enicima i ovom kwigom odaju po~ast wihovoj uspomeni.

3

Kalman KI[ - Jo`ef KOVA^ - \ula POKA Ferenc RADVANSKI - Jo`ef TABORI dr Antal TOMBOR - dr Ferenc VAJNGART

ZA[TITA I AUTOMATIKA U ELEKTROENERGETSKIM SISTEMIMA Redakcija: \ula POKA

Ma|arsko elektrotehni~ko dru{tvo Tehni~ka kwiga ----------------------------------------------------------------Budimpe{ta, 1988

4

Copyright: Gyula PÓKA, Budapest, 1988 ETO: 621.316.925: 621.3.032. 621.316.93 621.317.6 ISBN 963 10 7554 0 Наслов оригинала: Védelmek és automatikák villamosenergia-rendszerekben У жаргону се зове само "Kék könyv" ("Плава књига").

5

SADR@AJ

Predgovor 1. Uvod 2. Kvarovi u elektroenergetskom sistemu (Jo`ef TABORI) 2.1. Preoptere}ewe 2.2. Nesimetrija 2.3. Odstupawe frekvencije 2.4. Odstupawe napona 2.4.1. Prekora~ewe dozvoqenih odstupawa napona 2.4.2. Ritmi~ko kolebawe napona (fliker) 2.5. Izobli~ewa koja su prouzrokovana vi{im harmonicima 2.6. Kratak spoj 2.7. Prekidi. Kidawa veza 2.8. Stabilnost sistema 2.8.1. Stati~ka stabilnost 2.8.2. Dinami~ka stabilnost 3. Pojam i zahtevi za{titnih sistema (\ula POKA) 3.1. Osnovni zahtevi 3.1.1. Selektivnost 3.1.2. Brzina rada 3.1.3. Pouzdanost 3.1.4. Ostali zahtevi 3.2. Osetqivost potro{a~a 3.2.1. Dejstvo sloma napona i naponske pauze 3.2.2. Kategorizacija potro{a~a 3.3. Zahtevi sistema u zajedni~kom radu 3.4. Strategija za{titnih sistema 3.4.1 Osnovna mre`a 750, 400 i 220 kV 3.4.2. Glavna distributivna mre`a 120 kV 3.4.3. Vazdu{na i kablovska mre`a 35, 22 i 10 kV 4. Osnovni principi i osnovna re{ewa za{tita (\ula POKA) 4.1. Osnove merewa kvara 4.2. Merewe smera snage kvara 4.2.1. Neposredno merewe smera snage kvara 4.2.2. Polarizacija naponom zdrave faze 4.2.3. Metode potpunog ukidawa mrtve zone

11 13 15 16 16 17 17 17 18 18 18 19 20 21 22 26 26 27 31 32 37 38 38 41 41 42 42 42 43 44 44 47 47 48 49

6 4.3. Prekostrujne za{tite 4.3.1. Uzroci nastanka prekomernih struja 4.3.2. Za{tite od preoptere}ewa 4.3.3. Razbu|ivawe prekostrujnih za{tita 4.3.4. Odre|ivawe minimalne i maksimalne vrednosti struje kvara 4.3.5. Prekostrujna za{tita sa nezavisnom vremenskom karakteristikom 4.3.6. Strujnoselektivna prekostrujna za{tita 4.3.7. Prekostrujna za{tita sa strujnozavisnom vremenskom karakteristikom 4.3.8. Usmerena prekostrujna za{tita 4.4. Impedanse u strujnoj om~i sa kratkim spojem 4.5. Jednostepena impedantna za{tita 4.6. Distantna za{tita 4.6.1. Glavni delovi distantne za{tite 4.6.2. Prora~un pode{ewa stepena distantne za{tite 4.6.3. Uticaj prelaznog otpora na mestu kvara 4.6.4. Uticaj dvostrukog dalekovoda na merewe kvara 4.6.5. Uticaj wihawa snage 4.6.6. Ubrzawe iskqu~ewa drugog stepena distantne za{tite 4.7. Za{tite koje rade na diferencijalnom principu 4.7.1. Principi merewa i osnovni tipovi 4.7.2. Diferencijalne za{tite 4.7.3. Podu`na diferencijalna za{tita 4.8. Za{tita sabirnica 4.8.1. Primarni raspored na stanici bez zone sabirni~ke za{tite 4.8.2. Indirektna za{tita sabirnica 4.8.3. Za{tita sabirnica 4.9. Pona{awe strujnih transformatora u podru~ju struja kratkog spoja 4.9.1. Za{tita i sa wima na red vezani provodnici kao optere}ewe strujnih transformatora 4.9.2. Prora~un strujnih transformatora za ustaqene uslove rada 4.9.3. Uslovi rada strujnih transformatora u tranzijentnim re`imima 4.9.4. Prora~un strujnih transformatora za tranzijentne uslove 5. Automatika za uspostavqawe normalnog stawa nakon smetwi (\ula POKA) 5.1. Automatika za ponovno ukqu~ewe 5.1.1. Odre|ivawe optimalnog vremena beznaponske pauze za ponovno ukqu~ewe 5.1.2. Primena automatike za jednofazno ponovno ukqu~ewe i specijalni problemi 5.1.3. Automatsko ponovno ukqu~ewe u raznim mre`ama; preporu~ena vremena beznaponske pauze 5.2. Automatika za prebacivawe 5.2.1. Automatika za prebacivawe upravqana nastankom doga|aja 5.2.2. Automatika za prebacivawe upravqana promenom stawa 6. Elektromehani~ki i poluprovodni~ki releji i za{tite (Jo`ef TABORI) 6.1. Op{ti zadaci i pojmovi 6.1.1. Za{titni releji i wihove karakteristike 6.1.2. Glavni sastavni delovi elektromehani~kih releja 6.1.3. Klasifikacija elektromehani~kih releja 6.2. Elektromehani~ki releji i za{tite 6.2.1. Releji sa stalnim magnetom 6.2.2. Elektromagnetni releji 6.2.3. Indukcioni releji 6.2.4. Elektrodinami~ki releji 6.2.5. Termi~ki releji 6.2.6. Kombinovani elektromehani~ki releji

50 50 51 51 51 53 54 58 59 62 63 68 68 70 73 75 76 78 82 82 83 92 96 97 97 98 100 101 104 104 108 113 113 113 118 121 124 124 125 128 128 128 129 130 131 131 131 134 137 138 139

7 6.3. Poluprovodni~ki releji i za{tite 6.3.1. Poluprovodni~ki impedantni relej 6.3.2. Poluprovodni~ki usmereni relej snage 6.3.3. Poluprovodni~ke diferencijalne za{tite 6.3.4. Poluprovodni~ki frekventni relej 6.4. Releji i za{tite koji rade na ostalim principima 6.5. Dopunski elementi elektromehani~kih i poluprovodni~kih releja 6.6. Propisi i metode za ispitivawe releja. Ure|aji za ispitivawe releja 6.6.1. Laboratorijska ispitivawa 6.6.2. Provere na licu mesta 6.6.3. Ispitni ure|aji 7. Elektronski releji i za{tite (Kalman KI[, Jo`ef KOVA^, Ferenc RADVANSKI, dr Ferenc VAJNGART) 7.1. Osnovne {eme elektronskih releja 7.1.1. Ulazna i izlazna strujna kola 7.1.2. Pokaziva~i i broja~i 7.1.3. Mera~i maksimuma i minimuma 7.1.4. Mera~i koli~nika na principu vage i na principu merewa ugla 7.1.5. Mera~i diferencije (Merni ~lanovi diferencijalne za{tite) 7.1.6. Logi~ka strujna kola 7.1.7. Strujna kola za vremensku zadr{ku 7.2. Konkretna re{ewa elektronskih za{tita 7.2.1. Elektronska prekostrujna za{tita 7.2.2. Elektronska diferencijalna za{tita 7.2.3. Elektronska podu`na diferencijalna za{tita 7.2.4. Elektronski releji za merewe uglova za potrebe za{tite 7.2.5. Elektronska daqinska za{tita 7.2.6. Elektronska za{tita generatora 7.2.7. Elektronska za{tita motora 7.2.8. Elektronska za{tita sabirnica 7.2.9. Elektronska za{tita od zatajivawa prekida~a 7.3. Specijalne i kompleksne elektronske za{tite i automatika 7.3.1. Podfrekventni relej 7.3.2. Specijalna za{tita konderzatorskih baterija 7.3.3. Elektronski lokator kvara 7.3.4. Kompleksna za{tita i logike poqa 7.4. Mikroprocesorske za{tite 7.5. Ispitivawe elektronske za{tita 7.5.1. Propisi za ispitivawe 7.5.2. Ispitni ure|aji i metode 8. Projektovawe sistema za{tite i automatike (Jo`ef TABORI, dr Antal TOMBOR) 8.1. Za{tita bloka u elektrani 8.1.1. Osnovna za{tita od kvarova 8.1.2. Rezervna za{tita od kvarova 8.1.3. Termi~ka naprezawa i za{tita generatora 8.1.4. Za{tita koja spre~ava nepravilnosti i {tetna dejstva elektri~nog i mehani~kog okru`ewa generatora 8.1.5. Pitawa za{tite elektrane sa zaobilaznim sabirnicama 8.1.6. Kompleksna za{tita bloka u elektrani 8.2. Za{tita generatora sa sabirnicama 8.2.1. Osnovna za{tita generatora

141 142 143 144 145 146 149 150 150 151 151 153 154 159 163 166 173 173 177 178 179 182 187 191 194 198 206 208 211 213 213 214 217 219 226 230 230 232 235 235 236 251 258 263 266 267 268 268

8

9.

8.2.2. Rezervna za{tita generatora 8.2.3. Termi~ka naprezawa i za{tita generatora 8.2.4. Za{tite od nepravilnosti elektri~nog i mehani~kog okru`ewa generatora 8.3. Za{tita i automatika 400 i 220 kV osnovne mre`e 8.3.1. Sistemi za{tita dalekovoda 8.3.2. Sistemi za{tita transformatora 8.3.3. Za{tita sabirnica 8.3.4. Za{tita od zatajivawa prekida~a 8.3.5. Za{tita od porasta napona 8.3.6. Sistem automatike na dalekovodima osnovne mre`e 8.4. Za{tita i automatika 120 kV glavne distributivne mre`e 8.4.1. Osnovni sistem za{tite dalekovoda 8.4.2. Osnovni sistem za{tite kablovske mre`e 8.4.3. Rezervni sistem za{tite 120 kV vazdu{nih vodova i 120 kV kablova 8.4.4. Sistem automatike na dalekovodima glavne distributivne mre`e 8.4.5. Sistem za{tite transformatora 8.4.6. Za{tita sabirnica 8.4.7. Za{tita od zatajivawa prekida~a 8.4.8. Automatika za prebacivawe 8.4.9. Automatsko ograni~ewe struje kvara u mre`i 120 kV 8.5. Za{tita i automatika sredwenaponske distributivne mre`e 8.5.1. Za{tita faza od kvara u prostoj radijalnoj mre`i i uslovi pode{ewa 8.5.2. Za{tita faza od kvara u razgranatoj radijalnoj mre`i 8.5.3. Smawewe uticaja kona~nih iskqu~ewa automatskim odvajawem bo~nih vodova 8.5.4. Za{tita sabirnica 8.5.5. Za{tita od otkaza rada prekida~a 8.5.6. Za{tita radijalne mre`e od zemqospoja 8.5.7. Za{tita faza i automatika u om~astoj mre`i 8.5.8. Za{tita om~aste mre`e od zemqospoja 8.5.9. Sistem za{tite na sredwem naponu za slu~aj obavqawa radova pod naponom (FAM) 8.6. Za{tita i automatika sredwenaponske kablovske mre`e 8.6.1. Za{tita faza i automatika u sredwenaponskoj kablovskoj mre`i 8.6.2. Za{tita sabirnica 8.6.3. Za{tita od zatajivawa prekida~a 8.6.4. Za{tita od zemqospoja i automatika sredwenaponskih kablovskih mre`a 8.6.5. Automatika za prebacivawe 8.7. Za{tita i automatika sopstvene potro{we elektrana i industrijskih mre`a 8.7.1. Karakteristike sopstvene potro{we blokova u elektranama 8.7.2. Sistem za{tite sopstvene potro{we u elektranama 8.7.3. Razlikovawe struje kvara i struje polaska kod asinhronih motora 8.7.4. Automatika za prebacivawe sopstvene potro{we 8.7.5. Karakteristike industrijskih mre`a i pripadaju}eg sistema za{tite Sistemska automatika (\ula Poka, dr Antal Tombor) 9.1. Karakteristike objediwenih sistema 9.2. Primarna regulacija snage i u~estanosti 9.2.1. Uzajamni odnos proizvedene snage i frekvencije 9.2.2. Uzajamni odnos snage potro{we i frekvencije 9.2.3. Ravnote`a utro{ene i proizvedene snage 9.2.4. Regulacija razmene izme|u energetskih sistema na vi{em nivou 9.3. Automatsko ograni~ewe potro{we u zavisnosti od frekvencije 9.3.1. Posledice nedostatka snage 9.3.2. Promena frekvencije u vremenu 9.3.3. Ograni~ewa potro{we u zavisnosti od frekvencije 9.3.4. Ograni~ewe potro{we frekventnim stepenovawem 9.3.5. Ograni~ewe potro{we vremenskim stepenovawem

270 270 270 272 274 276 277 278 279 280 286 287 290 291 292 293 299 300 302 302 303 304 306 308 310 311 311 314 314 315 315 316 317 317 317 318 319 319 321 323 326 327 329 329 331 331 332 333 333 335 335 335 336 337 338

9 9.3.6. Uticaj prelaznih pojava u mre`i na rad frekventnih releja 9.4. Interkonektivne veze 9.5. Automatika za za{titu interkonektivnih veza 9.5.1. Automatika za odr`avawe ravnote`e 9.5.2. Optimizacija razdvajawa interkonekcija 9.5.3. Automatika za ukidawe asinhronog rada 9.5.4. Automatika za za{titu stabilnosti 9.6. Pseudosinhronizacija 9.6.1. Princip rada pseudosinhronizacije 9.6.2. Stvarno prebacivawe. Nalog za povratak 9.6.3. Prebacivawe generatora 9.6.4. Podru~je primene pseudosinhronizacije 9.7. Kori{}ewe ispravqa~ko-pretvara~kih stanica 9.7.1. Prikaz prenosa na visokom jednosmernom naponu 9.7.2. Uloga ispravqa~ko-pretvara~kih stanica u pogonu Literatura Indeks pojmova

339 341 343 343 346 347 349 349 349 354 356 357 357 357 359 361 365

10

11

Predgovor

U ime autora pozdravqam ^itaoca koji uzima u ruke ovu kwigu. Nadam se da je ova kwiga postigla svoj ciq, da }e je listati mnogi in`eweri i tehni~ari tokom svog rada i prona}i potrebna saznawa, u suo~avawu sa problemima za{tite i automatike u elektroenergetskim sistemima. Kwigu su pisali stru~waci, ~iji je svakodnevni posao usmeren na re{avawe problema istra`ivawa, razvoja, projektovawa, upravqawa i eksploatacije u oblasti za{tite. Imena vi{e wih su mo`da poznata sa skripti za stru~no usvr{avawe in`ewera, za tehni~ki univerzitet, za vi{u {kolu, odnosno za specijalisti~ke kurseve. Jedan od wih, na odseku jake struje na Elektrotehni~kom fakultetu Tehni~kog univerziteta u Budimpe{ti, predaje samostalni predmet Projektovawe za{tita. Upravo zbog {irine tema, u ciqu preno{ewa svakog korisnog iskustva, kwigu je pisalo ~ak sedam autora. Ovo pored spomenutih prednosti ima i lo{u stranu, koja se nije mogla izbe}i - stil pisawa kwige nije ujedna~en. Ovo su poku{ali da zajedni~ki isprave nau~ni redaktor, lektor i odgovorni urednik, ali su odustali od zna~ajnijeg ograni~avawa autorskih sloboda. Ose}am da mestimi~no razli~iti stil ne smeta, a da je prilaz problemima sa raznih strana izuzetno koristan. I pored iskustva i najve}eg truda autora, u kwizi su mogu}i nedostaci, mo`da i gre{ke, pa zbog toga molim za va{e izviwewe. Ujedno, molim ^itaoca da sa bilo kojom svojom zamerkom ili primedbom potra`i Izdava~a. Lektor kwige, Laslo Sentivawi, u toku provere, dao je brojne korisne primedbe, na kojima mu se u ime autora zahvaqujem. \ula Poka nau~ni redaktor

12

13

1. Uvod

Kako od moderne industrije do doma}instava ni jedna oblast `ivota ne mo`e da se zamisli bez elektri~ne energije, tj. bez sistema postrojewa za proizvodwu, prenos i distribuciju elektri~ne energije, tako su sa ovim sistemima povezane za{tita i automatika, koja dopuwuje za{titu. Bez za{titnih ure}aja elektroenergetski sistem mo`e da radi - ali, samo do prvog kvara. Ako neko od postrojewa nije {ti}eno od odre|ene vrste kvara, ili ako je za{tita neodgovaraju}a, kvar }e, uni{titi postrojewe. Ako zbog neke gre{ke za{tita nije u stawu da odradi; npr. ako je za{tita u kvaru, pomo}ni izvor koji napaja za{titu je van pogona, prekida~ koji treba da iskqu~i kvar ne funkcioni{e, do}i }e do razarawa postrojewa, prekinu}e se napojni vod, zapali}e se transformator, izgore}e kabel itd. O{te}ewe se {iri daqe u pravcu napajawa sve dotle dok jedna od za{tita, koja dobro radi, ne prekine napajawe kvara. Pored toga, dugovremeni kvar mo`e da remeti stabilnost sistema pa da prouzrokuje i raspad sistema. Dobro izgra|en sistem za{tite, koji se sastoji od ispravnih elemenata, ukloni}e kvar za desetinke sekundi. Na odgovaraju}i na~in, odabrani sistem automatike ponovo }e ukqu~uti elemenat, koji je ispao, a mawe potro{a~e prebaciti na rezervno napajawe. Potro{a~ pri tome uop{te ne ose}a ili retko ose}a poreme}aj, stalno je snabdeven elektri~nom energijom, a nesmetan pogon se odr`ava sa velikom verovatno}om. Za{tita je SILENT SENTINEL - tiha stra`a, poput indijanca koji nepomi~no stoji i posmatra, ali koji u slu~aju opasnosti kao blesak, za deli} sekunde spoznaje, proceni situaciju i preduzima mere. U slu~aju nastanka kvara, za{tita odmah daje prekida~ima, koji su na granici kvarom pogo|enog elementa sistema, nalog za odvajawe elementa u kvaru. Ako nema kvara za{tita ne deluje - nema nikakvu ulogu. Me|utim, ako u slu~aju kvara za{tita odmah pravilno ne deluje, nasta}e ogromna {teta. Za{tita mo`e da prouzrukuje veliku {tetu, ako deluje nepotrebno, daju}i nalog za iskqu~ewe ispravnog elementa sistema, jer to prouzrokuje ispad proizvodnih jedinica, neopskrbqenost potro{a~a, a u kriti~nom slu~aju mo`e da dovede i do raspada sistema. Struka koja se bavi za{titom i automatikom elektroenergetskog sistema je va`na i preko potrebna. Struku treba da neguje dobro obrazovani tim stru~waka pod rukovodstvom eksperta specijaliste - in`ewer za za{titu (protection engineer). Ugled i priznawe in`ewera za za{titu sve vi{e dolazi do izra`aja, ~ak i raste i u Ma|arskoj sli~no kao i u inostranstvu. Pored specijalnie usluge za{tite, veoma mnogo struka dolazi u dodir sa pitawima za{tite i automatike, u prvom redu stru~waci koji projektuju mre`u i eksploati{u elektroenergetski sistem. Isto tako, projektantima i energeti~arima industrijskih objekata, kao ni onima koji ih eksploati{u, ne sme da nedostaje osnovno stru~no znawe iz oblasti za{tite i automatike, ako `ele da budu uspe{ni u svojoj delatnosti.

14 Drugo poglavqe ove kwige obra|uje kvarove u elektroenergetskom sistemu. Izgledalo je svrsishodno da se u ovome poglavqu daju prakti~ni putokazi i primeri za prora~un struje kvarova. Me|utim, to bi zahtevalo ve}i obim te bi detaqnije trebalo da se obradi prora~un kratkih spojeva na ra~unaru. S obzirom na ionako obimnu materiju, kao i pove}anu gra|u zbog prodora elektronske za{tite, deo koji se bavi prora~unom kratkih spojeva nije na{ao mesto u kwizi, ali to mo`e detaqno da se na|e u stru~noj kwi`evnosti ([6], [18], [19], [55], [70], [71]). Tre}e, ~etvrto i peto poglavqe prikazuju osnovne zahteve, osnovne tipove, uslove pode{ewa i uobi~ajene podatke na na~in na koji oni podjednako va`e za ure|aje razli~ite izvedbe (elektromehani~ke, ispravqa~ke, elektronske itd.). [esto i sedmo poglavqe prikazuju releje i za{tite razli~ite izvedbe. U okviru 7. poglavqa, u odnosu na druga u pove}anom obimu razmatraju se novi, trenutno u razvoju, elektronski releji i elektronske za{tite, a spomiwu se i mikroprocesorske, digitalne za{tite budu}nosti. Osmo poglavqe obra|uje planirawe sistema za{tite i automatike grupisano po podru~jima primene. Sa sistemskim automatikama koje se obra|uju u 9. poglavqu relativno malo stru~waka se bavi neposredno, ali energeti~ar, bez obzira gde radi, treba da ih poznaje, bar na osnovnom tehni~kom nivou. Na kraju kwige, na raspolagawu onima, koji pojedine teme `ele detaqnije da prou~e stoji detaqan spisak stru~ne kwi`evnosti. ^italac u kwizi, u prvom redu, mo`e da na|e trajne osnovne principe, kao i trenutnu, delimi~no i inostranu, ali u prvom redu ma|arsku praksu, te mo`e da dobije informacije o pravcima razvoja.

15

2. Kvarovi u elektroenergetskom sistemu

Osnovna svrha postojawa elektroenergetskog sistema je neprekidno snabdevawe korisnika elektri~ne energije - potro{a~a - elektri~nom energijom. Neprekidnost zna~i da elektri~na energija na mestu, gde je potro{a~ prima, u svako vreme bude raspolo`iva. Ovo je mogu}e samo po cenu odre|enih kompromisa (vidi ta~ku 3.2). Isporuka elektri~ne energije ima dva bitna parametra za obele`avawe kvaliteta, a to su: napon i frekvencija. Nazivna vrednost frekvencije, u elektroenergetskom sistemu Ma|arske je 50 Hz. Za dozvoqena odstupawa ne postoji neposredni propis u standardima, odre|ene smernice sadr`i samo MSZ 23000/1. Nazivnu vrednost napona propisuje MSZ 1. Dozvoqena odstupawa napona mogu da se vide u tabeli 2.1. Tabela 2.1.

Dozvoqena odstupawa napona za mre`e raznih nazivnih napona Un , kV Umax , kV Umin , kV ∆ U, %

0,38 0,4085 0,3515 +7,5 -7,5

3 3,6 2,7 +20,0 -10,0

6 7,2 5,4 +20,0 -10,0

10 12 9,0 +20,0 -10,0

20 24 18,0 +20,0 -10,0

35 40,5 31,5 +15,7 -10,0

120 138 108 +15,0 -10,0

220 245 198 +11,27 -10,0

400 420 360 +5,0 -10,0

750 787 675 +4,8 -10,0

Primedba: Vrednosti iz tabele se ne odnose na privremene promene napona koje nastaju u vanrednim okolnostima u mre`i. Napon elektroenergetskog sistema je trofazan i zbog toga je bitan zahtev da su ove tri veli~ine pojedinih faza simetri~ne. Ova ~iwenica treba da bude zadovoqena kod svih elemenata (generatora, transformatora, dalekovoda, potro{a~kih sistema), koji fizi~ki ~ine sistem, kao i kod karakteristi~nih fizi~kih veli~ina (napon, struja). U toku rada, elektroenergetski sistem je izlo`en razli~itim spoqnim i unutra{wim uticajima i naprezawima. Oni na razne na~ine uti~u na proces snabdevawa elektri~nom energijom, ometaju}i, odnosno ugro`avaju}i funkcionisawe elemenata koji u~estvuju u procesu. Ometaju}i uticaji mogu da budu slede}i: preoptere}ewa, nesimetrije, odstupawa frekvencije, nepravilnosti napona, vi{i harmonici, kratki spojevi i prekidi.

16 Pod pretpostavkom da elektroenergetski sistem u normalnom pogonu zadovoqava zahteve neprekidnog, simetri~nog snabdevawa elektri~nom energijom, poreme}aji su posledica smetwi ili kvarova, koji su nastali u sistemu, odnosno usled nepravilne eksploatacije.

2.1. Preoptere}ewe Pojava preoptere}ewa, kod elektromotora kao potro{a~a zna~i da je nastalo preoptere}ewe radne ma{ine pa tada elektromotor sa mre`e uzima ve}u snagu od nazivne. Zbog ve}e struje pove}ani su i Xulovi (Joule) gubici, zbog ~ega }e se motor pregrejati, a posle odre|enog vremena i pregoreti. Uop{teno mo`emo re}i da, ako optere}ewe potro{a~kog podru~ja pre|e prenosnu snagu transformatora ili dalekovoda, koji snabdevaju to podru~je, oni se preoptere}uju. U elementima visokonaponske om~aste mre`e preoptere}ewe mo`e da nastane kada se neki (jedan ili vi{e) me|usobno paralelno vezanih elemenata, koji prenose elektri~nu energiju, iskqu~e. U ovom slu~aju, u elementima, koji ostanu u pogonu, poraste optere}ewe, {to dovodi do preoptere}ewa pojedinih elemenata. Poreme}aj ravnote`e proizvodwe i potro{we mo`e da prouzrokuje preoptere}ewe generatora. Od preoptere}ewa se treba braniti, jer od trajnog preoptere}ena postrojewe mo`e da se o{teti - pokvari. Da bi se ovo izbeglo elementi treba da se opreme za{titom od preoptere}ewa. Preoptere}ewe, ili smetwe koje posredno mogu da ga izazovu (nesimetrije, uticaji vi{ih harmonika), kao termi~ko dejstvo, ugro`avaju pogon pojedinih elemenata. Po Xulovom zakonu: t

Q = ∫ I 2 Rdt 0

gde su: Q stvorena koli~ina toplote [kWh]; I ja~ina struje u A; R otpornost ispitivanog elementa u Ω; t vreme trajawa dejstva u s. Kako je ja~ina struje kod preoptere}ewa samo malo ve}a od nazivne, ~ak se preoptere}ewe ograni~enog trajawa i dozvoqava, nije potrebno odmah da se interveni{e. Kada je neophodno, u interesu odr`avawa rada sistema ili neprekidnog napajawa potro{a~a, preoptere}ewe se toleri{e. Me|utim, dolazi do smawewa `ivotnog veka doti~nog elementa. U slu~aju velikog preoptere}ewa - ve}eg termi~kog naprezawa, potrebno je element iskqu~iti. To se ostvaruje za{titom od preoptere}ewa (osigura~, za{titna sklopka, bimetalna sklopka, primarna i sekundarna termi~ka slika, kontaktni termometar, itd.).

2.2. Nesimetrija Nesimetrija mo`e biti strujna, naponska ilii naponska i strujna. Nesimetriju mo`e da izazove nesimetri~no optere}ewe potro{a~a (jednofazni potro{a~i), odnosno takva smetwa ili iskqu~ewe u normalnom radu elektroenergetskog sistema koje ne uti~e podjednako na fizi~ke veli~ine sve tri faze. Nesimetri~an rad karakteri{e pojava veli~ina negativnog i nultog redosleda na elementima sistema, koje prouzrokuju dodatne gubitke, tj. zagrevawe, odnosno preoptere}ewe na elementima sistema. Po potrebi, od wih se treba {tititi (npr. kod generatora struja negativnog redosleda mo`e opasno da zagreje rotor). Kod elektromotornih pogona, kod gubitka jedne faze (npr. pregorevawe osigura~a) motor potrebnu snagu uzima preko dve zdrave faze, {to izaziva preoptere}ewe ovih faza, a u odnosu na mre`u, zna~i preoptere}ewe mre`e. U slu~aju nastanka nesimetrije, kako kod potro{a~a, tako i kod ostalih elemenata elektroenergetskog sistema, javqaju se dodatni gubici, koji pove}avaju termi~ko optere}ewe pojedinih elemenata. [tetna dejstva mogu da se preduprede

17 za{titom od preoptere}ewa. U slu~aju savremenih sinhronih generatora, zbog wihove osetqivosti, treba da se otkrije prisustvo struje negativnog redosleda, te kod dostizawa odre|enog nivoa, generator treba da se iskqu~i.

2.3. Odstupawe frekvencije Odstupawe frekvencije se javqa kao stalno odstupawe od nazivne frekvencije, a delom kao wihawe koje je prouzrokovano poreme}ajem stabilnosti. Ako se proizvodwa i potro{wa me|usobno razlikuju u maloj meri, frekvencija ne odstupa od nazivne. Kod vi{ka snage, frekvencija raste, a u slu~aju mawka snage frekvencija opada. U granicama zadatih odstupawa ovo ne predstavqa problem. Na nivou sistema, u slu~aju postojawa dovoqne obrtne rezerve ne mo`e da do|e do zna~ajnih porasta frekvencije pri pravilno pode{enim turbinskim regulatorima i odgovaraju}oj regulaciji. Ako se poremeti ravnote`a proizvodwe i potro{we, pa se javqa mawak snage, frekvencija mo`e da se ustali na tako niskoj vrednosti, {to mo`e ugroziti daqi stabilan rad. Ako se ravnote`a poremeti, tako da blok ili elektrana izgube vezu sa sistemom u zajedni~kom radu, ma{ine bez optere}ewa, sa vi{kom proizvodwe mogu da se zalete, tj. da poraste broj obrtaja grupe ma{ina, a time i frekvencija, u delu mre`e sa vi{kom proizvodwe. Dakle, na strani gde se javqa mawak snage, treba da se ugradi za{tita, koja se pobu|uje na smawewe frekvencije, a kod odvojene elektrane, ugra|uje se za{tita koju pobu|uje porast frekvencije. Nagla promena tereta ili neo~ekivani ispad nekog elementa mewa ustaqeni pogon. Novo ravnote`no stawe nastaje nakon prelaznih pojava, wihawa. Ova wihawa nastaju oko frekvencije, koja odgovara novom ravnote`nom stawu, i za vreme prelaznog stawa kod nekih delova sistema prouzrokuju tranzijentni porast, odnosno pad frekvencije, te ugro`avaju stabilnost sistema. Odstupawe frekvencije predstavqa smetwu u elektroenergetskom sistemu koji je u zajedni~kom radu. Odstupawe frekvencije u maloj meri, prouzrokuje promenu broja obrtaja sinhronih ma{ina i sinhronih satnih mehanizama. Odstupawe frekvencije u ve}oj meri, prakti~no, wen pad, bitno smawuje snagu elektromotornih potro{a~a, a u te{kim slu~ajevima, mo`e da dovede do preoptere}ewa pomo}nih pogona elektrana, tj. do wihovog ispada. U ciqu popravke frekvencije, te u ciqu povratka stabilnog pogona u te`im slu~ajevima treba izvesti ru~na ili automatska iskqu~ewa.

2.4. Odstupawe napona 2.4.1. Prekora~ewe dozvoqenih odstupawa napona U elektroenergetskom sistemu, zbog smetwi u pogonu, dolazi do odstupawa napona. To mogu biti smetwe, atmosferski prenaponi, komutacioni prenaponi, rezonantni prenaponi ili posledice poreme}aja ravnote`e reaktivne snage i nepravilne regulacije u pogonu. Prenaponi zna~e naprezawe za elemente sistema koji vi{estruko prelaze nazivni napon. Prekora~ewe naponske granice, koje nastaje usled poreme}aja ravnote`e reaktivne snage ili nepravilne regulacije u pogonu, predstavqa odstupawe u okolini nazivne vrednosti napona. Po{to trajno prelazi nazivnu vrednost, mo`e da prouzrokuje o{te}ewe pojedinih elemenata. Sa druge strane, kada do|e do nastanka trajno niskog napona, u slu~aju iste snage prenosa, mo`e do}i do preoptere}ewa pojedinih elemenata, i do poreme}aja u radu potro{a~a. Prekora~ewe naponske granice predstavqa prenapon. Jedne vrednosti napona su prenapon koji vi{estruko prelaze nazivni napon i koji treba da se ograni~avaju ili odvedu da bi se izbeglo o{te}ewe izolacije. Prenaponska za{tita obuhvata ovo podru~je prenapona.

18 Drugo podru~je vrednosti napona jeste prelazak dozvoqenog opsega nazivnog napona u toku eksploatacije. Ovo u op{tem slu~aju ne zna~i neposredno, trenutno ugro`avawe elemenata sistema, ali zahteva hitne mere za dovo|ewe napona na vrednost koja spada u normalno podru~je. Regulacija napona u pogonu i upravqawe reaktivnom snagom obuhvata ovo podru~je povi{enih napona, podrazumevaju}i tu i apsorbovawe reaktivne snage na visokom naponu pomo}u generatora i paralelnih prigu{nica.

2.4.2. Ritmi~ko kolebawe napona (fliker, flicker) Fliker je ritmi~ko kolebawe apsolutne vrednosti naizmeni~nog napona. Jedno od dejstva flikera je psihi~ki zamor usled kolebawa ja~ine osvetlewa koje je najizra`enije oko 10 Hz. Poseban problem je promena broja obrtaja elektromotornih pogona {to zavisi od napona, a time i uticaj na tehnolo{ke procese. Fliker se izaziva radom elektrolu~nih pe}i, tiristorskih sistema sa impulsnim upravqawem, kao i raznim ~operskim (chopper) pogonima. Fliker ometa kvalitet isporu~ene elektri~ne energije potro{a~ima. Te smetwe mogu da se otkloni primenom tehni~kih mera na mestu nastanka flikera.

2.5. Izobli~ewa koja su prouzrokovana vi{im harmonicima Ova izobli~ewa uzrokuju dodatne gubitke u mre`i, tj. mogu da izazvati dodatna preoptere}ewa. Ona prate sisteme sa regulisanim ispravqa~ima, te sa regulacijom promene faznog ugla. Vi{i harmonici predstavqaju izvor {uma. Treba ih otkloniti na mestu nastanka primenom odgovaraju}ih filtara. Vi{i harmonici i fliker mogu da se smatraju "zaga|iva~ima mre`e". Wihovo otklawawe u prvom redu je zadatak potro{a~a koji ih generi{u.

2.6. Kratak spoj Kratkim spojem se naziva pojava, kada dve ta~ke mre`e, koje su u redovnom pogonu na razli~itim naponima, ili jedna ta~ka mre`e i zemqa do|u u neposredan dodir. Ako deo mre`e, koji ~ini galvansko povezanu celinu nema direktnu vezu sa zemqom ili je ima preko velike impedanse (kapaciteti, odvodnik, prigu{nica za ga{ewe luka), dodir sa zemqom zna~i posredan kratak spoj i ja~ina struje 10...200 A. Ako je deo mre`e koji ~ini galvansko povezanu celinu direktno vezan sa zemqom (najmawe u jednoj ta~ki je uzemqen), pri kratkom spoju sa zemqom teku zaista velike struje kratkoga spoja, koje su reda veli~ne jednog do desetak kiloampera i tada se radi o direktnom (neposrednom ) kratkom spoju. Bez obzira da li je sistem uzemqen ili je izolovan od zemqe, nastanak direktnih spojeva izme|u provodnika razli~itih napona, uvek prouzrokuju velike ja~ine struje. Ovakve spojeve nazivamo direktnim kratkim spojevima. Nastanak posrednog, odnosno direktnog (neposrednog) kratkog spoja sa zemqom zavisi od na~ina vezivawa zvezdi{ta mre`e. U kruto (efikasno) uzemqenim mre`ama (kakve su 120, 220, 400, 750 kV mre`e) u slu~aju kratkog spoja sa zemqom te~e struja direktnog kratkog spoja. U mre`i koja nije kruto uzemqena (izolovana, kompenzovana, uzemqena preko otpornika), kratak spoj sa zemqom ne zna~i direktan kratak spoj. Kratki spojevi predstavqaju zapravo razli~ite kratke veze tipa faza-faza i faza-zemqa. Tako kratak spoj mo`e da bude: trofazni direktni kratak spoj, trofazni direktni kratak spoj sa zemqom, dvofazni direktni kratak spoj, dvofazni direktni kratak spoj sa zemqom, jednofazni direktni kratak spoj sa zemqom, jednofazni posredni kratak spoj sa zemqom, dvostruki posredni kratak spoj sa zemqom. Oznake pojedinih kratkih spojeva date su u tabeli 2.2.

19 Tabela 2.2.

Vrste kratkih spojeva u mre`ama sa rali~itim na~inom uzemqewa zvezdi{ta

Naziv/vrsta kratkog spoja

Skra}enica

Mesto nastanka: mre`a ~ije zvezdi{te je uzemqeno efikasno (kruto)

neefikasno

3F

x

x

3FN

x

-

2F

x

x

Dvofazni direktni kratak spoj sa zemqom

2FN

x

-

Jednofazni direktni kratak spoj sa zemqom

FN

x

-

Jednofazni posredni kratak spoj sa zemqom

FZ

-

x

Dvostruki posredni kratak spoj sa zemqom

2xFZ

-

x

Trofazni direktni kratak spoj Trofazni direktni kratak spoj sa zemqom Dvofazni direktni kratak spoj

Kratki spojevi 3F i 3FN su simetri~ni kratki spojevi, dok su stali kratki spojevi nesimetri~nim. (Ovaj pojam ne mo`e da se me{a sa simetri~nim, odnosno nesimetri~nim odvijawem kratkoga spoja kao procesa koji se posmatra u toku vremena!) Kratki spojevi mewaju odnose napona i struje koji su karakteristi~ni za normalno stawe pogona. Kod simetri~nog direktnog kratkog spoja ne remeti se simetrija ja~ine struje i napona, ali dolazi do sloma napona, struja poraste na vi{estruku vrednost struje, u odnosu na stawe sa pre kvara. U slu~aju nesimetri~nog kratkog spoja, remeti se i simetrija mre`e, i veli~ina i smer napona, pa se i struje pojedinih faza mewaju. Termi~ko i dinami~ko dejstvo struje kratkog spoja ugro`ava one elemente sistema kroz koje struja kratkog spoja u potpunosti ili delimi~no prolazi. Kratki spojevi, zavisno od vrste, na razli~iti na~in, smawuju snage koje mogu da se prenesu u elektroenergetskom sistemu i uti~u na stabilnost sistema tj. ugro`avaju je.

2.7. Prekidi. Kidawa veza Kod elemenata koji su povezani na red u elektroenergetskom sistemu javqaju se i nedostaci kontinuiteta povezivawa. Ovi prekidi mogu da se posmatraju kao prekid (kidawe) jedne, ili dve faze. Prekid (kidawe veze) naru{ava simetriju mre`e jer su naponi i struje nesimetri~ni. Na preostaloj vezi smawuje se veli~ina snage koja mo`e da se prenese, pa raste reaktansa prenosa i slabi stabilnost sistema. Prekidi (kidawa veze) mogu delom da se otkriju na osnovu preoptere}ewa, delom na osnovu prisustva komponenata struja negativnog redosleda, a otklawaju se nakon prepoznavawa ~iwenice pogona razli~itog od normalnog stawa.

20

2.8. Stabilnost sistema Isporuka kvalitetne elektri~ne energije pretpostavqa stabilan pogon, koji je prilagodqiv promeni potreba potro{a~a. Uslovi stabilnog pogona jednog generatora mogu da se odrede na slede}i na~in. Na slici 2.1a vidi se analizirani generator prikqu~en na sistem beskona~ne snage. Napon beskona~ne mre`e je fiksan, a vrednost mu je UH. Posmatrani generator u priozvodi kako aktivnu, tako i reaktivnu snagu, pa radi kao generator sa natpobudom. Ako utro{enu snagu smatramo pozitivnom, shodno smerovima napona i struja sa slike 2.1a, uz po{tovawe jednofazne ekvivalentne {eme, svedene na isti referentni napon, sa slike 2.1b, mo`e da se napi{e slede}a jedna~ina konture:

UHf - UPf - IZG - IZTr - IZV = 0 Ako se u visokonaponskoj mre`i zanemare otpornosti, {to predstavqa malu gre{ku, dobije se slede}i izraz:

UHf = UPf + j I (XG + XTr+ XV ) gde su: UHf fazni napon mre`e beskona~ne snage; UPf fazni napon pola generatora; I struja optere}ewa generatora; XG ustaqena sinhrona reaktansa generatora; XTr reaktansa bloka i spre`nog transformatora; XV reaktansa prikqu~enog dalekovoda.

Slika 2.1. Ekvivalemtna {ema generator - mre`a beskona~ne snage

Na slici 2.1c prikazan je vektorski dijagram koji odgovara jedna~ini konture, a odnosi se na pogon generatora sa natpobudom. Na osnovu vektorskog dijagrama mo`e se odrediti karakteristi~ni ugao optere}ewa generatora δ, koji predstavqa ugao izme|u vektora napona beskona~ne snage mre`e (~vori{te zajedni~kog rada) i faznog napona generatora. Uvode}i reaktansu prenosa:

XT = XG + XTr+ X V, koja karakteri{e vezu izme|u generatora i mre`e, na osnovu vektorskog dijagrama dobija se:

21 sinδ =

I h XT U pf

gde je Ih aktivna komponenta struje optere}ewa. Ako se jedna~ina preuredi, za aktivnu komponentu struje optere}ewa dobija se izraz:

Ih =

U pf sin δ

XT

.

Ako se obe strane pomno`e sa UHf dobija se:

U Hf I h =

U pfU Hf

XT

sinδ ,

{to ne predstavqa ni{ta drugo, nego snagu jedne faze generatora, koja odgovara datom uslovu optere}ewa. Trofazna snaga koju generator mo`e da preda u funkciji ugla optere}ewa generatora iznosi: P =

U pU X

H

(2.1.)

sin δ

T

gde su Up i UH linijski naponi. Iz izraza se vidi da je generator sposoban za stabilan pogon do δ = 90o. Tu posti`e svoju maksimalnu snagu. Ova ta~ka je granica stati~ke stabilnosti. Daqim pove}awem mehani~kog momenta, generator }e ispasti iz sinhronizma i do}i }e do zaletawa.

2.8.1. Stati~ka stabilnost Ako nacrtamo zavisnost snage od ugla optere}ewa, prema jedna~ini (2.1), dobija se sinusna funkcija (slika 2.2.)

Slika 2.2. Odre|ivawe radne ta~ke.

Ako pretpostavimo da je mehani~ka snaga Pm < Pmax , dobi}emo dve radne ta~ke na mestu preseka sa sinusnom krivom. Sa a ozna~ena je stabilna, a b labilna radna ta~ka, jer u okolini ta~ke a, promena ∆P, u bilo kom smeru zna~i takvu razliku momenta koja sistem vra}a u stabilno radno stawe. U slu~aju ta~ke b, bilo koja promena ∆P zna~i daqe pove}awe odstupawa, dakle poreme}aj pogona. Na osnovu ovoga, podru~je δ = 0...900 smatra se podru~jem stabilnog, a δ = 900...1800 labilnog pogona. Naravno, u slu~aju δ = 900 ne mo`e da se zamisli

stabilan pogon, jer najmawi porast snage zna~i poreme}aj stabilnog pogona. Stepen stabilnosti izra`avamo faktorom rezerve, za koji va`i slede}a zavisnost: k=

Pmax − P , Pmax

gde je

Pmax =

U pU H

XT

22 U slu~aju ustaqenog pogona, kada je veza sa mre`om data reaktansom XT i napon mre`e beskona~ne snage UH stalan, na snagu, koja mo`e da se prenese, i na faktor rezerve, mo`e da se uti~e promenom faznog napona. Ono {to je re~eno za stati~ku stabilnost, mo`e da se uop{ti na dva dela mre`e ili dela dr`ave, odnosno i za povezivawe dr`ava. U tom slu~aju, napon jednog dela mre`e je UP, drugog je UH i reaktansa prenosa izme|u mre`a je XT. 2.8.2. Tranzijentna stabilnost Tranzijentna stabilnost jednog sistema je osobina koja se posmatra iskqu~ivo u uslovima prelaznog stawa. U prelazne pojave spadaju kratki spojevi, prekidi, kao i ukqu~ewa i iskqu~ewa vodova. U toku ispitivawa tranzijentne stabilnosti treba da se utvrdi, da li ometaju}i uticaj datog tipa i veli~ine mo`e da poremeti stabilan pogon sistema. Odnosi mogu da se prate na slici 2.3.

2.3. Princip jednakih povr{ina

Neka je radna ta~ka a na krivoj 1 sa uglom optere}ewa δ1. Pod uticajem smetwe (porasta reaktanse prenosa) kriva snage se promeni na 2. Po{to generator zbog svoje inercije ne mo`e trenutno da promeni ugaoni polo`aj rotora, trenutna radna ta~ka }e biti u ta~ki b sa uglom optere}ewa δ1. U ovom slu~aju mehani~ki pokreta~ki momenat je ve}i od ko~ionog, koji je srazmeran predatoj elektri~noj snazi. Ovim uticajem rotor se ubrzava, raste ugao optere}ewa i nastaje novo ravnote`no stawe u ta~ki c. Broj obrtaja rotora ve}i je od sinhronog broja obrtaja i zbog inercije ne mo`e odmah da se stabilizuje u novoj radnoj ta~ki c, nego preleti preko we. U podru~ju preleta dotada{wi mehani~ki momenat je mawi od predate elektri~ne snage, pa }e do}i do ko~ewa i po~e}e usporavawe rotora. Ugao optere}ewa, me|utim zbog inercije raste do ta~ke d. Sada }e se generator opet raditi sinhrono, ali zbog ko~ewa i daqe }e se usporavati, pa opada ugao optere}ewa i sa gorwe strane se pribli`ava novoj ravnote`noj ta~ki - prema ta~ki c. Naravno, rotor zbog inercije "preleti " radnu ta~ku c u suprotnom smeru i tako daqe. Slika 2.3. prikazuje trenutak nastanka smetwe t1, wihawa koja se smiruju, kao i povr{ine, koje su srazmerne energiji, koja ubrzava, odnosno ko~i (zasen~ene povr{ine A1; A2). Uslov o~uvawa stabilnosti je da ubrzavaju}a povr{ina bude jednaka ko~e}oj povr{ini. Taj na~in provere stabilnosti se naziva metodom jednakih povr{ina. Krive P=f(δ) koje se odnose na stati~ku i tranzijentnu stabilnost nisu identi~ne, jer ne treba zaboraviti, da se u ovom slu~aju radi o uslovima koji se brzo

23 mewaju. Zbog toga, kriva snage treba da se odredi sa tranzijentnom reaktansom Xd, a umesto sa UH (napon mre`e) sa naponom U' iza tranzijentne reaktanse. Poznavaju}i optere}enost generatora, krive snage po~etnog i promewenog stawa u toku prelazne pojave, pomo}u metode jednakih povr{ina mo`e da se ispita tranzijentna stabilnost. Ako je ko~iona povr{ina ve}a od ubrzavaju}e, onda stabilnost nije ugro`ena, u protivnom pogon postaje labilan. Pomo}u metode jednakih povr{ina mo`e da se odredi i najve}a vrednost ugla δ, koja u ovom slu~aju mo`e da pre|e vrednost 90o - granicu stati~ke stabilnosti. Granica najve}eg preleta je prema slici 2.3. jednaka δο. Razli~iti kratki spojevi, koji nastaju u mre`i, na razli~ite na~ine uti~u na tranzijentnu stabilnost, a time na razli~ite na~ine mewaju reaktansu prenosa. Kratak spoj koji je prikazan na slici 2.4., reaktansu izme|u generatora i beskona~ne mre`e deli na dva dela (X12 = Xa + Xb). Kratak spoj uzrokuje skokovit porast reaktanse prenosa.

a)

d)

b)

c)

e)

Slika 2.4. Ekvivalentne {eme za ispitivawe tranzijentne stabilnosti a) Model jednoma{inske beskona~ne mre`e; b) Ekvivalentna {ema kratkog spoja FN; c) Ekvivalentna {ema kratkog spoja 2F; d) Ekvivalentna {ema kratkog spoja 2FN; e) Ekvivalentna {ema kratkog spoja 3F

Kratak spoj FN (slika 2.4b) - na mestu kvara treba da se stavi reaktansa veli~ine Xh = X2 + X0 , gde su X2 i X0 reaktanse negativnog i nultog redosleda svedene na mesto kvara. Impedansa transfera1 je dakle:

X12 =

Up IH

=

Xa Xb UH = Xa + Xb + X2 + X0 Ip

Upore|uju}i sa slu~ajem bez kvara vidimo da se u slu~aju kratkoga spoja FN X12 pro{irio sa jednim tre}im ~lanom, tj. wena vrednost je porasla. Kratak spoj 2F (slika 2.4c) na ekvivalentnoj {emi shodno tipu kratkog spoja nedostaje reaktansa nultog redosleda. Na mesto kvara stavqa se samo rezultantna impedansa negativnog redosleda X2:

1 Impedansa transfera na slici 2.4a jednaka je zbiru reaktansi Xa + Xb i jednaka je onoj imedansi koja se suprotstavqa prenosu elektri~ne energije, a koja se nalazi na direktnom putu od jedne do druge mre`e. Na slici 2.4b potrebno je tako|e na}i impedansu transfera, dakle onu koja se nalazi na direktnom putu izme|u dve mre`e. Najlak{e se to mo`e dobiti transformacijom zvezde u trougao imedansi Xa, Xb, X2 i X0.

24

X12 = X a + X b +

Xa Xb . X2

U slu~aju kratkoga spoja 2FN (slika 2.4 d) na mesto kvara se stavqa paralelna veza reaktanse mre`e negativnog i nultog redosleda (X 2 i X0):

X12 = X a + X b +

Xa Xb . X2 X0 X2 + X0

Kod metalnog kratkoga spoja 3F (slika 2.4 e), napon voda na mestu kvara je nula, pa zbog toga ne mo`e da se prenese snaga. Reaktansa prenosa postaje beskona~na.

X12 = X a + X b +

Xa Xb →∞ 0

Slika 2.5. Krive P = f(δ) za slu~aj bez kvara i za slu~ajeve raznih kratkih spojeva

Slika 2.6. Uticaj brzog pove}awa pobude na tranzijentnu stabilnost 1 zdrav pogon; 2 stawe sa kratkim spojem

Slika 2.5. Snage koje mogu da se prenesu u slu~aju rali~itih vrsta kratkih spojeva.

Po{to je:

X2 + X0 > X2 >

X2 X0 , X2 + X0

zna~i da u pogledu tranzijentne stabilnosti kratak spoj FN omogu}uje prenos elektri~ne energije, dok je metalni kratak spoj 3F najnepovoqniji, jer onemogu}uje prenos. U ovom posledwem slu~aju prestaje svaka veza izme|u generatora i beskona~ne mre`e. O~uvawe tranzijentne stabilnosti ujedno odre|uje i najva`niji zahtev za{tite osnovne mre`e: kratki spojevi koji ugro`avaju stabilnost generatora (elektrane, elektrana), treba brzo da se iskqu~e, tako da bi ubrzavaju}a povr{ina bila {to mawa, a ko~iona {to ve}a.

25 Va`no sredstvo pove}awa tranzijentne stabilnosti u eksploataciji tzv. forsirane pobuda. Su{tina je slede}a: kod nastanka kratkog spoja pobuda generatora raste do najve}e mogu}e veli~ine, zbog ~ega se pove}a Up i kriva snage koja se odnosi bilo za slu~aj normalnog pogona bilo za slu~aj sa kratkog spoja bi}e vi{qa (slika 2.6. isprekidane linije). Zbog forsirawa pobude smawuje se ubrzavaju}a, a raste ko~iona povr{ina. Forsirawem pobude u eksploataciji, mo`e da se o~uva stabilnost i tako se u slu~aju kada bi ma{ina (elektrana) uz normalnu pobudu ispala iz sinhronizma. Treba primetiti da brzi regulator pobude generatora sam po sebi mo`e da ostvari forsirawe pobude, pa nisu potrebni dodatni ure|aji. Naravno, kvarovi koji naru{avaju kontinuitet u mre`i i prekidi, tako|e uti~u na stabilnost sistema. S obzirom na to da je wihov uticaj mawi od uticaja kratkih spojeva ili identi~an sa wima, ne}emo ih posebno obra|ivati.

26

3. Pojam i zahtevi za{titnih sistema

Sva postrojewa elektroenergetskog sistema treba da se projektuju, izgrade i eksploati{u tako da svoj zadatak izvr{avaju bez smetwi i pouzdano. Pored najtemeqnijeg projektovawa, najbri`qivije monta`e i najobazrivije eksploatacije u postrojewima mo`e da do|e do kvara, koji ometa pogon sistema. Zadatak za{tita, odnosno od wih oformqenog za{titnog sistema je da otkrije kvar ili nepravilno pogonsko stawe i nezavisno od qudske intervencije na osnovu odre|ivawa mesta kvara ili iskazivawa pogonskog stawa koje odstupa od normalnog, iskqu~i elemenat u kvaru ili na neki drugi na~in interveni{e i o tome obavesti osobqe, odnosno centar za vo|ewe pogona. S jedne strane, ciq iskqu~ewa ili neke druge intervencije je da se izbegne daqe o{te}ewe elementa u kvaru, a s druge strane, da elemenat u kvaru iskqu~imo sa mre`e i da time obezbedimo neometan pogon ostalog dela elektroenergetskog sistema. Kako za{tita i automatika, tako i potrebe eksploatacije zahtevaju mogu}nost razdvajawa elektroenergetskog sistema na delove, odnosno mogu}nost odvajawa pojedinih delova, u postrojewa se ugra|uju prekida~ki elementi. Odvajawe elementa u kratkom spoju mo`e da izvr{i samo prekida~. Prilikom otklawawa kratkih spojeva generatora i postrojewa (transformatori, dalekovodi) koja su sa wim vezana u istom bloku (jedinici), osim iskqu~ewa glavnog prekida~a, neophodno je smawiti i pobudu generatora. Ovo pokazuje da i ure|aj za smawewe pobude predstavqa sredstvo za eliminisawe kratkog spoja, pa ure|aji za otklawawe kratkog spoja direktno deluju na wega. Kratkospojni prekida~ koji se ponekad koristi nije odvojni prekida~ ve} predstavqa sredstvo koje preme{ta kratak spoj na povoqnije mesto, jer i kratak spoj koji je on napravio biva otklowen prekida~em. Glavni izvr{ni organi automatike, su prekida~i, ali za ove potrebe mogu da se koriste i rastavqa~i snage koji mogu da komutiraju pogonsku struju. Nakon iskqu~ewa prekida~em mogu}e je rastavqa~em automatski odvojiti deo u kratkom spoju, a zatim nakon ponovnog ukqu~ewa prekida~a, zdravi deo mre`e mo`e automatski ponovo da u|e u pogon (npr. odvajawe kabla u kratkom spoju kod kablovskog para sa jednim prekida~em (ta~ka 8.6.). Osnovni zadatak u projektovawu i izgradwi elektroenergetskog sistema je razdvajawe sistema pomo}u prekida~a. [to se vi{e prekida~a koristi, bi}e vi{e delova koji nezavisno jedan od drugog mogu da se odvoje delovawem za{titom. Dakle, u slu~aju kratkog spoja, ispa{}e van pogona srazmerno mawi deo sistema. Vi{e prekida~a u velikoj meri pove}aju investicione tro{kove sistema, dok mawi broj prekida~a po jednom mestu kratkog spoja uzrokuje ispad ve}eg dela sistema.

27

Slika 3.1. Razdvajawe mre`e na delove, pomo}u prekida~a - 1...7 {ti}ene deonice

U osnovi broj odvajawa je u rukama projektanta, a odluka sa jedne strane zavisi od va`nosti mre`e, a sa druge strane od raspolo`ivih investicionih sredstava. Ako se u mre`i na slici 3.1.a koriste samo ~etiri prekida~a, sistem dalekovoda sa tri transformatora ~ini jednu {ti}enu deonicu. Ako bilo gde nastane kratak spoj, treba da se iskqu~i cela mre`a. Prema slici 3.1.b ugra|eno je 10 prekida~a, pa je oformqeno sedam {ti}enih deonica. Kratak spoj deonice ograni~en prekida~ima prouzrokova}e samo delovawe sopstvenih za{tita, na prekida~e preko kojih ide napajawe kvara, pa }e obim ispada biti mawi.

3.1. Osnovni zahtevi Odgovaraju}i rad za{tita, odnosno od wih sastavqenih sistema za{tite obezbe|uju zahteve koji su detaqno obra|eni u slede}im ta~kama.

3.1.1. Selektivnost a) Pojam selektivnosti Sistem za{tite radi selektivno, ako kod nastanka kvara prekida~i na koje deluje za{tita odvajaju iz elektroenergetskog sistema samo deo koji je u kvaru, dok ostali delovi sistema ostaju u pogonu. Slika 3.2. pokazuje selektivno {ti}ene jedinice elektroenergetskog sistema koje su razdvojene prekida~ima.

28

Slika 3.2. Selektivno {ti}ene jedinice

Prema tome, ako se u ta~ki A desi kratak spoj, treba da iskqu~e samo prekida~i 4 i 5 shodno nalozima za iskqu~ewe od za{tita koje selektivno rade. Istovremeno druge za{tite ne smeju da prora|uju. Sli~no, ako se u ta~ki B desi kratak spoj, treba da iskqu~e prekida~i 3 i 8. Me|utim, ako postoji povratno napajawe (npr. kod kratkog spoja FN postoji struja nultog redosleda) treba da iskqu~i i prekida~ 6. U slu~aju kratkog spoja u ta~ki C treba da se odvoji sa mre`e blok generator-transformator, tj. prekida~ 2 i automat za smawewe pobude doti~nog generatora treba da dobije nalog za iskqu~ewe od selektivne za{tite. U slu~aju kratkog spoja D nalog za iskqu~ewe treba da dobiju prekida~i 8 i 9, a u slu~aju povratnog napajawa i prekida~i 15 i 17. U slu~aju kratkog spoja E opravdano je iskqu~ewe prekida~a 20 i 21, ali po{to dalekovod 19-20 napaja samo transformator u kvaru, za{tita }e iskqu~iti i prekida~ 19 neselektivno, ali bez posledica.

[ti}ene deonice [ti}ena jedinica

[ti}ene deonice [ti}ena jedinica

Slika 3.3. [ti}ena jedinica i {ti}ene deonice

Na slici 3.3. vide se dve karakteristi~ne formacije u sistemu. Zbog ekonomi~nosti, postrojewa se dr`e u pogonu po jedinicama, tj. izme|u vi{e elemenata mre`e se ne stavqa prekida~. Me|utim, ~est je slu~aj da svaki elemenat ima samostalnu za{titu, jer generator, transformator i dalekovod treba da imaju razli~ite za{tite. Na ovakav na~in nastaju "{ti}ene deonice", koje imaju sopstvenu za{titu. Me|utim, zbog nedostatka prekida~a pogo|eni element u {ti}enoj deonici ne}e mo}i biti iskqu~en, nego }e se morati iskqu~iti cela "{ti}ena jedinica" (blok).

29 Pod {ti}enom jedinicom podrazumeva se deo sistema koji je ograni~en prekida~ima a sistem za{tite je sposoban da je odvoji selektivno. Pod {ti}enom deonicom unutar {ti}ene jedinice, podrazumeva se deo sistema koji ima svoju samostalnu selektivnu za{titu, ali po{to nije ugra|en dovoqan broj prekida~a, mo`e da se odvoji sa energetskog sistema zajedno sa {ti}enom jedinicom. Sa`eto: sistem za{tite je selektivan, ako se prilikom pojave kvara iskqu~i samo {ti}ena jedinica u kvaru i prikqu~ene jedinice koje ne prouzrokuju daqi prekid puta za prolaz energije. Ako nakon iskqu~ewa od za{tite sledi automatsko ponovno ukqu~ewe, kod prvog iskqu~ewa ~esto se koristi neselektivni rad (ubrzawe, produ`ewe; ta~ka 4.6.6). U ovom slu~aju zahtev selektivnosti treba obavezno da se primeni kod definitivnog iskqu~ewa. b) Metode ostvarivawa selektivnosti: - Primena apsolutno selektivnih za{tita zna~i da se primewuju takve za{tite koje su po principu rada selektivne. Takve za{tite su npr. diferencijalna za{tita, Buholc-za{tita, foto}elijska za{tita oklopqenog postrojewa itd. Apsolutno selektivne za{tite ne mogu da se koriste kao rezervne za{tite za {ti}ene jedinice koje su prikqu~ene izvan svoje deonice. - Primena relativno selektivnih za{tita. Ovakva za{tita sama po sebi nije selektivna, ali mo`e da se podesi tako da se ona pobudi samo na kratak spoj odabrane {ti}ene jedinice. Metode pomo}u kojih se ovo posti`e su: - strujno ili impedantno stepenovawe, - vremensko stepenovawe, - primena za{tita stepenastih karakteristika koje kombinovano koriste vremensko i strujno ili impedantno stepenovawe. Za ovu grupu je primer strujno selektivna prekostrujna za{tita, koja se podesi na tako veliku struju da se pobu|uje samo na kratak spoj koji nastaje na elementu koji {titi; vremensko stepenovawe za{tita uzastopnih elemenata; kao i daqinska za{tita sa impedantnom-vremenskom karakteristikom. - Primena specijalnih ure|aja za blokadu ili pobudu zna~i da se neka za{tita koja je dobra u primeni, zbog naro~ito strogih uslova ili se zbog neobi~nog primarnog rasporeda dopuwuje specijalnim ure|ajem. Ovakvi specijalni ure|aji su: blokada protiv wihawa, prespaja~ usmerenog ~lana u slu~aju kratkog spoja 3F pod uslovom da su krenula sva tri pobudna organa (a usmerni organ nije blokiran), za{tita od asinhronog rada, specijalne dopune za pobude, itd.

c) Selektivni interval Selektivnost jedne za{tite u odnosu na drugu mo`e da se postigne razli~itom vremenskom zadr{kom dve za{tite. Potrebno vreme za postizawe ovoga mo`e da se odredi na osnovu slike 3.4. Ako se u nekoj radijalnoj mre`i prema slici 3.4a za uzastopne elemente mre`e postavqaju prekostrujne za{tite (za{tite 1 i 2), za kratak spoj S se pobude obe za{tite. Selektivnost se mo`e posti}i, ako se za{tita 2 vremenski zategne od za{tite 1. Za{tita 1 iskqu~ewem svog prekida~a prekida kratak spoj najkasnije za t1+∆t1, gde je t1 pode{ena vremenska zadr{ka na za{titi 1; ∆t1 = tV1 + tM, gde je tV1 najve}a mogu}a pozitivna gre{ka vremenske zadr{ke za{tite 1, a tM najve}e vreme rada prekida~a od pojave impulsa za iskqu~ewe do ga{ewa struje (luka). Za{tita 2 svom prekida~u daje impuls za iskqu~ewe najranije nakon isteka vremena t2 -∆t2, gde je t2 pode{ena vremenska zadr{ka na za{titi 2; ∆t2 = tV2 + te2, gde je tV2 najve}a mogu}a negativna gre{ka vremenske zadr{ke za{tite 2, te2 vreme otpu{tawa za{tite 2 kada je prekida~ 1 po nalogu za{tite 1 ve} prekinuo kratak spoj.

30

selektivni interval

a)

Slika 3.4. Selektivni intervali

Izme|u dve odre|ene vrednosti treba da se ubaci i sigurnosno vreme veli~ine tb. U su{tini minimalna razlika vremenske zadr{ke izme|u dve za{tite je tzv. selektivni interval:

t 2 − t1 ≥ ∆t = ∆t1 + t b + t 2 , tj.

∆t = t V1 + t M +t b +t e 2 + t V 2

(3.1)

Kod modernih za{tita orijentacione vrednosti vremena su:

tV1 i t V2 : 0,05...0,3s, zavisno od toga da li se radi o veoma ta~nim elektronskim relejima koji se upravqaju kvarcnim oscilatorima, ili o elektromehani~kim vremenskim relejima koji se ko~e klatnom, gde su vrednosti tV1 i tV2 zadate u %-ima i zavise od maksimalnog vremena koje mo`e da se podesi na releju, dakle npr. kod pode{ewa mawe zadr{ke i vrednost ∆t bi}e unapred mawa i obrnuto. U obzir treba uzeti da vremenska zadr{ka nekih vremenskih releja zavisi od frekvencije.

t M : 0,03...0,1s, sopstveno vreme prekida~a, t e2 : 0,01...0,2s, vreme otpu{tawa za{tite, t b : sigurnosno vreme, koje je otprilike ~etvrtina prethodna ~etiri vremena, ali najmawe je 0,1s. Na osnovu ovoga, vrednost selektivnog intervala se kre}e izme|u ∆t =0,24...1,2s i weno odre|ivawe je u svakom slu~aju poseban zadatak. U slu~aju kada za{tita ima pobudni ~lan i vremenski ~lan pokrenut pobudnim ~lanom, a komutira promenqive veli~ine koje treba da se mere (npr. daqinska za{tita) onda u vrednost selektivnog intervala ne treba da se ura~una vreme otpu{tawa za{tite. Dodu{e vremenski ~lan za{tite eventualno istera vreme, me|utim, ne postoji vi{e kratak spoj, a dotle je ve} iskqu~io prekida~ 1.

31 3.1.2. Brzina rada Kratak spoj koji nastaje u elektroenergetskim postrojewima predstavqa veliku opasnost za rad sistema. [teta mo`e u velikoj meri da se smawi a mo`e i da se izbegne, ako za{tita radi veoma brzo. Velika brzina rada s jedne strane smawuje o{te}ewe postrojewa bilo na mestu kvara, bilo u zdravim delovima napajanog sistema, a sa druge strane produ`ava neometani rad sistema.

a) Smawewe o{te}ewa postrojewa Postrojewe u kratkom spoju je ugro`eno temperaturom luka kratkog spoja od vi{e hiqada stepeni celzijusa. Pogodnim oblikovawem okoline izolatora, npr. dobrim izborom armature za regulaciju luka mo`e da se smawi naduvavawe plazme na povr{ini izolatora, ali u osnovi smawewe vremena trajawa luka je najdelotvornija metoda za smawewe o{te}ewa. Prema Varingtonu (Warrington, [72]), otpor luka u omima je konstantan pri stalnom l i I:

R=

28700l , I 1, 4

(3.2)

gde je l -du`ina luka; I- je struja luka u A. Koli~ina toplote u xulima koja nastaje u luku je:

Q = I2R t = k I0,6t, gde je t vreme trajawe luka. Vidi da struja luka uti~e na veli~inu o{te}ewa na 0,6-om stepenu(pribli`no po kvadratnom korenu), dok vreme trajawa luka, tj. vreme rada za{tite i prekida~a, uti~e linearno. Eksperimenti sa elektri~nim lukom dokazuju verodostojnost ove tvrdwe. Iskustvo pokazuje da brza za{tita sa brzim prekida~em mo`e da smawi uticaj luka na veoma malu meru, mo`da ~ak i da ga elimini{e. Na primer, kod preskoka provodnog izolatora uqe-vazduh, kod uqnog transformatora, za{tita spre~ava o{te}ewe provodnog izolatora, a time i zapaqewe transformatora. Dinami~ko i termi~ko dejstvo struje, koja te~e prema mestu kratkog spoja, neposredno ugro`ava zdrave delove sistema. Tok udarne vrednosti struje kratkog spoja, te nastanak dejstva dinami~kih sila, mo`e da se spre~i samo pomo}u specijalne opreme (osigura~i, prekida~i sa eksplozivnim puwewem itd). Brzom za{titom se ne mo`e odbraniti od ovih dejstava, ali se brzom za{titom mo`e spre~iti periodi~no tre{ewe transformatora usled sila koje nastaju dejstvom kratkog spoja, {to npr. mo`e da olabavi u~vr{}ewe namotaja transformatora. Povoqno dejstvo brzog rada za{tite naro~ito je uo~qivo kod dimenzionisawa elektri~ne opreme na termi~ku ~vrsto}u pri kratkom spoju. Kako je poznato ([43] PattantyÀs G›p›sz- ›s Villamosm›rnökök k›zikönyve, 8. tom, 530. strana, tablica 90.7):

tmax =

106 − tM , B 2σ 2

(3.3)

gde su: B karakteristi~na vrednost za provodni materijal pri maksimalnoj temperaturi prilikom kratkog spoja (prema citiranoj tablici ima dimenziju mm2/kAs1/2 ; σ =

I zmax q

maksimalna gustina u A/ mm2; tM sopstveno vreme rada prekida~a, tmax maksimalno vreme rada za{tite pri datim uslovima. Izraz (3.3) pokazuje me|usobnu zavisnost odabranog provodnog materijala i wegovog preseka, struje kratkog spoja i vremena rada za{tite. U slu~aju velikih struja kratkog spoja, {to bi imalo za posledicu izbor provodnika velikog preseka, obi~no je ekonomi~nije da se odabere modernija (zbog toga skupqa) za{tita koja br`e radi.

32 Treba spomenuti, da gre{ke pri spajawu serijsko vezanih armatura kod nastanka kratkog spoja, mogu da prouzrokuju wihovo o{te}ewe. Ovo mo`e da se izbegne bri`qivom monta`om i redovnom kontrolom.

b) Osigurawe nesmetanog rada sistema Brzo iskqu~ewe kratkog spoja, u velikoj meri, mo`e da pomogne odr`avawu nesmetanog pogona zdravih delova elektroenergetskog sistema. Na zdravim delovima sistema dolazi do znatnog sloma napona, ~ak i do 100 %. Ovo dovodi do usporavawa, zaustavqawa rada motornih potro{a~a, odnosno proradu okida~a koji reaguju, kada je napon nula. Tom prilikom dolazi i do otpu{tawe samodr`nih magnetnih sklopki, npr. motornoza{titnih sklopki i na onom delu mre`e gde se nakon kratkog spoja normalizovala situacija, dakle nesmetani rad bi mogao da se nastavi. Brzi rad za{tite ne mo`e da uti~e na veli~inu sloma napona, ali mo`e da smawi vreme propada napona, te spomenutu situaciju mo`e da u~ini podno{qivom (ta~ka 3.2.). Kratki spojevi neposredno ugro`avaju tranzijentnu stabilnost (ta~ka 2.3.) Jasno je da ako za{tite br`e iskqu~uju kratke spojeve, tim je verovatnije da }e tranzijentna stabilnost opstati. Poreme}aj tranzijentne stabilnosti prouzrokuje smetwe u pogonu velikog obima, tj. istovremeni ispad mnogo elektrana i potro{a~a. Brzo iskqu~ewe kratkih spojeva bitno smawuje dodatne nesre}e i o{te}ewa. Zbog brzog otklawawa kratkog spoja verovatno je da }e mesto kvara da se o{teti samo u maloj meri ili se uop{te ne o{teti. Brzina rada za{tite pove}ava uspe{nost automatike za brzo ponovno ukqu~ewe i povratka u pogonsko stawe pre kratkog spoja bez ispada. Zato se veoma ~esto prvo iskqu~ewe ubrzava uz cenu `rtvovawa selektivnosti da bi ponovno ukqu~ewe bilo uspe{no, te se samo kod eventualnog drugog iskqu~ewa primewuje selektivno funkcionisawe (ubrzavawe za{tite, produ`ewe stepena itd.).

3.1.3. Pouzdanost rada Pored selektivnosti i brzine rada, koji su napred pomenuti, va`na je, mo`e se re}i najva`nija, pouzdanost. Od svih elemenata elektroenergetskog sistema se zahteva pouzdan rad. Kod za{tite to treba nagla{eno ista}i, jer gre{ka za{tite, tj. nepotreban rad za{tite, ili izostanak potrebnog rada mo`e imati te{ke posledice. U odnosu na cenu za{tite mo`e da nastala {teta bude ve}a za nekoliko redova veli~ine. Nepotreban rad za{tite mo`e da prouzrokuje ispad potro{a~a, ispad proizvodwe, a zbog oslabqewa sistema i raspad sistema. Otkaz za{tite zbog dugog trajawa kratkog spoja mo`e da prouzrokuje veliko razarawe, a u zdravim delovima koji napajaju kratak spoj zbog nedozvoqenog termi~kog naprezawa paqewe provodnika, pregrevawe, pa mo`da i po`ar itd. Postoji i takvo shvatawe, po kome je najva`niji zahtev za za{titu pouzdanost rada. Zna~i, najva`niji zadatak za{tite je da na svaki na~in ukine kratak spoj, ~ak i uz `rtvovawe selektivnosti i brzog delovawa, jer za pojedine elemente elektroenergetskog sistema kao i za ceo sistem je najopasnije trajno odr`avawe kratkog spoja. Tek posle ovoga dolaze zahtevi selektivnosti, brzine rada i drugo.

33 a) Obezbe|ivawe rezervne za{tite Zahtev sigurnosti pogona u prvom stepenu nala`e da kvar, koji nastaje bilo gde u lancu za{tite, ne sme da prouzrokuje trajno odr`avawe kratkog spoja, tj. treba da se obezbedi rezervna za{tita. Ure|aj, koji u prvom redu treba da proradi kod kratkog spoja ili nastanka kvara, zove se osnovna za{tita. Osnovna za{tita treba da zadovoqi najstro`ije zahteve. Za osnovnu za{titu treba da se odabere moderan za{titni ure|aj visokog tehnolo{kog nivoa shodno va`nosti elementa sistema. Ako je sistem za{tite bez gre{ke, a isto tako i izvr{ni i pomo}ni ure|aji u besprekornom stawu, prilikom nastanka kvara treba da deluje samo osnovna za{tita. Sigurnost pogona zahteva, da ako osnovna za{tita, iz bilo kog razloga nije delovala, treba da proradi drugi za{titni ure|aj. Neophodnost otklawawa kratkog spoja je tako velika da treba da se ostvari svim raspolo`ivim sredstvima,odnosno odr`avawe kratkog spoja treba da se spre~i svim sredstvima. Ako osnovna za{tita jednog datog elementa nije mogla da otkloni kratak spoj, onda treba da prorade rezervne za{tite. Postoje razli~iti oblici obezbe|ivawa rezervne za{tite: Udaqene rezervne za{tite (po starijem terminu za{tita koja prekriva) su za{tite koje }e delovati u slu~aju zatajewa neke osnovne za{tite. U odnosu na osnovnu za{titu, rezervna za{tita se napaja sa drugih mernih transformatora i deluje na drugi kalem prekida~a. U vezi sa udaqenom rezervnom za{titom zbog sigurnosti, cene, jednostavnositi, bla`i su zahtevi nego za osnovnu za{titu. Ka`e se da udaqena rezervna za{tita radi selektivno, ako uzimaju}i u obzir zakazivawe osnovne za{tite najmawi deo sistema ispada ili ostaje bez napona. Osobina udaqene rezervne za{tite je da prouzrokuje ispad ve}eg obima nego osnovna za{tita. Zbog toga se selektivnim intervalom obezbe|uje ve}a vremenska zadr{ka, nego kod nadle`ne osnovne za{tite, a u interesu spre~avawa nepotrebnog rada. Primer za udaqenu rezervnu za{titu mo`e da se na|e na slici 3.2. Ako osnovna za{tita 13 ne radi, kao udaqena rezervna za{tita radi}e za{tite 12 ili 11. Ovim nepotrebno, ali neizbe`no dolazi do ispada i potro{a~kog podru~ja koje snabdeva transformator 11-12. Ako do|e do kratkog spoja na sekundarnoj strani transformatora 6-7 i prekida~ transformatora sa oznakom 6 ne funkcioni{e, onda kao udaqene rezervne za{tite treba rade za{tite 3 i 8. Ovo delovawe me|utim zbog me|unapajawa, koje je obja{weno na slici 3.6 je malo verovatno. U ovakvom slu~aju obezbe|ivawe udaqene rezervne za{tite ~esto je neefikasno, odnosno nije ostvarqivo. U tom slu~aju treba da se obezbedi bliska rezervna za{tita, a sa wom i za{tita od otkaza prekida~a. Bliska rezervna za{tita (stariji naziv samo rezervna za{tita) je ona rezervna za{tita, koja radi u slu~aju zakazivawa osnovne za{tite, stim da ona iskqu~uje isti prekida~ kao i osnovna za{tita. U op{tem slu~aju, ona se napaja sa istih mernih transformatora kao i osnovna za{tita, samo sa drugih jezgara. Bliska rezervna za{tita mo`e da bude izvedena na dva na~ina: - Za{tita izvedena sli~no osnovnoj za{titi, koja na kratak spoj {ti}enog elementa reaguje veoma brzim (trenutnim) nalogom za iskqu~ewe, otkriva na odgovaraju}i na~in svaki kratak spoj i selektivna je. Ovo u su{tini zna~i postavqawe dvostrukog sistema osnovne za{tite, pa se zbog toga primewuje na veoma va`nim elementima (osnovna mre`a, glavna postrojewa elektrana). - Za{tita koja je jednostavna, sigurna u pogonu, ali ne zadovoqava zahtev brzine i selektivnosti, selektivna je samo u odnosu na sistem osnovne za{tite. Bliska rezervna za{tita ovakvog tipa se koristi na mawe va`nim elementima mre`e (npr. glavna distributivna mre`a, distributivna mre`a).

34 Za{tita od otkaza rada prekida~a se obavezno primewuje pored bliske rezervne za{tite, po{to ova iskqu~uje isti prekida~ kao i osnovna za{tita, te u tom slu~aju za kvar prekida~a nema rezervne za{tite. Princip rada za{tite od otkaza rada prekida~a je slede}i: u slu~aju normalnog delovawa osnovne za{tite prekida~ odmah izvr{i nalog za iskqu~ewe, posle ~ega prestaje kratak spoj (ta~nije prestaje napajawe sa strane prekida~a). Osnovna za{tita otpu{ta, dakle prekinu}e se i nalog za iskqu~ewe. Kod normalnog delovawa trajawe naloga za iskqu~ewe je veoma kratko: zbir sopstvenog vremena prekida~a (podrazumevaju}i i vreme luka) i vremena otpu{tawa za{tite. Ako je nalog za iskqu~ewe du`i od ovoga, prekida~ nije izvr{io nalog ("otkazao je"), pa sistem i daqe napaja kratak spoj. Za{tita od otkaza rada prekida~a treba da meri trajawe naloga za iskqu~ewe od osnovne za{tite, te ako je ovaj du`i od normalnog (npr. du`i je od 0,12...0,25s) treba da stupi u akciju. Ta akcija mo`e da bude u slu~aju dvostrukog sistema sabirnica, iskqu~ewe prekida~a spojnog poqa, ali potpuno re{ewe daje iskqu~ewe svih prvih prekida~a "iza le|a", preko kojih se napaja kratak spoj. Ovim re{ewem u pojedinim slu~ajevima (npr. kod stanica sa poligonalnom {emom, sa rasporedom sa jednim i po prekida~em) pored lokalnih prekida~a "iza le|a" treba da se iskqu~e prvi prekida~i "iza le|a" na drugom objektu putem daqinskog iskqu~ewa (detaqnije u 8. poglavqu). Primer za mrtvu zonu udaqene daqinske rezerve. U radijalnoj mre`i sa slike 3.5. osnovnu za{titu dalekovoda C-D ~ini prekostrujna za{tita 7. U slu~aju kratkog spoja na dalekovodu C-D ako se pokvari bilo za{tita 7, bilo prekida~ 7, kao daqinska rezervna za{tita mo`e da radi za{tita 6. Uslov za ovo je da prekostrujna za{tita u ta~ki 6, koja je ina~e osnovna za{tita za dalekovod B-C, bude tako pode{ena da se pobu|uje i za kratak spoj koji nastaje kod D. Iz razloga selektivnosti za{tita 6 treba da ima ve}u vremensku zadr{ku nego 7 za jedan selektivni interval. Na sli~an na~in za{tita 3 obezbe|uje udaqenu rezervnu za{titu za{titama 5 i 6, a 1 za 3 i 4.

Slika 3.5. Princip udaqene rezervne za{tite u radijalnoj mre`i

U radijalnoj mre`i, sistem za{tite koji je napred naveden, svoj zadatak mo`e da izvr{i samo onda kada ne postoji smetwa za produ`ewe osetqivosti prekostrujne za{tite na dve deonice, tj. pored kratkih spojeva na svojoj osnovnoj deonici svaka za{tita treba da oseti kratke spojeve koji nastaju na delovima mre`e koji polaze od slede}ih sabirni~kih {ina. Kako ovo nije uvek mogu}e, time se odre|uje granica primenqivosti ove metode. Ako su npr. prema slici 3.6a nekoliko dalekovoda koji polaze sa sabirnice G veoma duga~ki, u slu~aju kratkog spoja npr. u ta~ki Z, mo`e struja kratkog spoja biti reda veli~ine struje napojnog transformatora (ovo je mogu}e, ako postoji mnogo izvoda). U tom slu~aju prekostrujna za{tita koja je postavqena u ta~ki 1 ne mo`e da se podesi tako da bude rezervna za{tita u slu~aju otkaza za{tite 4. U mre`i sa slike 3.6b ova granica primenqivosti ve} se javqa i u slu~aju kratkih vodova male redne impedanse (npr. kabela) zbog koncentrisane impedanse prigu{nica koje ograni~avaju struju kratkog spoja u izvodima i kada struja kratkog spoja Z mo`e da se poredi sa strujom napojnog transformatora. Nepostojawe rezervne za{tite koja je prikazana na slikama 3.6a i b mo`e da se prevazi|e ugradwom druge rezervne prekostrujne za{tite u izvodima. Napajawe ove druge za{tite je nezavisno od prve osnovne za{tite. Vremenska zadr{ka je ve}a za jedan selektivni interval i iskqu~i}e napojni transformator. Na slici 3.6c prikazan je veoma ~est uzrok nastajawa mrtve zone u om~astoj mre`i. Slika prikazuje jednu ~vornu ta~ku om~aste mre`e. Ako u ta~ki Z nastane

35 kratak spoj, u slu~aju pravilnog rada za{tite treba da deluju osnovne za{tite V i E i da iskqu~e svoje prekida~e. Pretpostavimo da prekida~ E izvr{i svoj zadatak, a prekida~ V iz nekog razloga otka`e. Kao udaqene za{tite treba da rade za{tite A, B, C, D, G1 i G2 i da iskqu~e svoje prekida~e. Ukupna struja kratkog spoja koja te~e kroz za{titu V se deli izme|u rezervnih za{tita. Ako one osete prekostruju, onda }e struja koja te~e kroz wih biti znatno mawa od struje za{tite V. U slu~aju dalekovoda VE sredwe du`ine, ako struja Iz koja te~e kroz za{titu V ve} nije velika, struje koje teku kroz rezervne za{tite su bitno mawe, {to mo`e da prouzrokuje probleme. Ako se struje izme|u pojedinih izvoda ravnomerno dele, onda }e kroz jednu rezervnu za{titu te}i Iz /6, koja je mo`da ve} mawa od struje u redovnom pogonu. Rezervna za{tita koja radi na ovu prekostruju ne}e mo}i da ostvari svoju funkciju.

a)

b) c) Slika 3.6. Granica primenqivosti udaqene rezervne za{tite a) u radijalnoj mre`i; b) u slu~aju koncentrisanih impedansi; c) u om~astoj mre`i.

Ako rezervna za{tita meri impedansu, npr. kod distantnih za{tita, onda je merena impedansa ZB. Napon u B je IBZBS+ IZZVZ , a merena impedansa:

ZB =

UB I = Z BS + Z Z VZ IB IB

je ve}a, uve}ana za ZVZ . Ona mo`e da se napi{e i u obliku: ZB = ZBS+ ξ ZVZ, gde je ξ = IZ/IB {to predstavqa faktor me|unapajawa.

36 Pretpostavimo slu~aj da je sa strane svake rezervne za{tite napajawe isto, tj. ξ=6. Rezervne za{tite }e impedansu voda u kratkom spoju "videti" {est puta ve}u. Ako je dalekovod BS = 40 km, a VZ = 30 km, onda za{tita B kratak spoj Z vidi na udaqenosti 40+6*30=220 km. Na ovakvu udaqenost za{tita B verovatno ne mo`e da se podesi, jer bi se pobudila na tokove snaga u normalnom pogonu. Kratak spoj dakle spada u mrtvu zonu rezervne za{tite B. Ako se pobudna impedansa na za{titi B podesi na vrednost koja odgovara BS +VZ = 30+40 = 70 km, onda }e zbog efekta me|unapajawa produ`ewe dosega za{tite B na sabirnicama S biti svega (40 + 30/6) - 40 = 5 km. Ako `elimo da pove}amo ovo produ`ewe dosega, npr. pobudu na za{titi podesimo na 100 km, onda ovo produ`ewe u pravcu VZ mo`e da se uve}a samo za (40 + 60/6)-40= 10 km. Zna~i, rezervne za{tite sa slike 3.6.c }e biti nesposobne za pravilan rad. Za slu~aj sna`ne napojne ta~ke (~vori{ta) daqinske za{tite u ulozi rezervne za{tite }e podbaciti. Udaqene rezervne za{tite nisu sposobne da "vide preko" jake napojne (~vorne) ta~ke. U slu~aju mrtve zone, kako smo ve} spomenuli, treba da se primeni bliska rezervna za{tita i za{tita od otkaza prekida~a.

b) Pouzdanost za{tite i prikqu~enih kola - Pouzdanost raznih sastavnih delova koji ~ine za{titu (releji, poluprovodnici, integrisana kola) treba da bude na visokom nivou. Ovo je naro~ito va`no u slu~aju, kada je za{tita sastavqena od velikog broja delova, jer krajwu pouzdanost cele za{tite daje proizvod pouzdanosti pojedinih sastavnih delova. Po{to je za{tita sastavqena od n delova, ako pretpostavimo da svaki deo ima pouzdanost R, onda rezultantna pouzdanost iznosi Rn. Ako pouzdanost svakog elementa iznosi 0.99, kada za{titu ~ine 10 elemenata rezultantna pouzdanost je 0.904, a u slu~aju 100 elemenata ovo je nedozvoqeno nisko, svega 0.36. Da bismo kod 100 elemenata postigli rezultantnu pouzdanost od 0.904, pouzdanost pojedinih elemenata ve} treba da bude 0.999. - Konstrukcija za{tite kako u pogledu koncepcije tako i u pogledu same izrade treba da se doka`e u praksi pod strogim uslovima. Ugradwa nove za{tite u sistem se dozvoqava samo nakon odgovaraju}ih ispitivawa (laboratorijska merewa, probni rad u mre`i, primarna ispitivawa). Ovo u Ma|arskoj zna~i da nova za{titna oprema koja ranije nije kori{}ena mo`e da se ugradi u sistem samo uz dozvolu stru~ne slu`be za{tite za celu zemqu (MVMT - OVRAM). - Tehnologija monta`e kola koja se prikqu~uju na za{titu treba da bude na visokom nivou, pouzdana i da se mo`e lako proveriti. Tako|e treba da se omogu}i i provera rada u pogonu. - Nivo izolacije za{tita, i na wu prikqu~enih kola, treba da podnese ispitni naizmeni~ni napon od 2000 V i ispitivawe udarnim naponom od 5 kV. U sekundarnim kolima stanice mogu da se jave naponi koji su i ve}i od 5 kV. Oni se otklawaju paralelnim vezivawem redne veze diode i otpornika (polaritet diode je suprotan polaritetu redovnog napona u sekundarnom kolu) ili paralelnim vezivawem redne veze kondenzatora i otpornika. Za{tite treba da funkcioni{u pouzdano, bez obzira na sve uticaje i smetwe koji postoje u stanici. Ovakva dejstva su npr. uticaj primarnog postrojewa na sekundarna kola, oscilacije koja nastaju u sekundarnim kolima itd., koja uglavnom uti~u na elektronske za{tite (detaqno u zahtevima u ta~ki 7.5.1). - Pouzdanost pomo}nog izvora koji napaja za{titu (akumulatorske baterije) treba da je natprose~na. Ovo s jedne strane postavqa posebne zahteve prema akumulatorskoj bateriji, a s druge strane zahteva ugradwu dve akumulatorske baterije. Sistem puwewa baterije treba da bude automatski, a pouzdanost rada napojne jedinice koja }e se ugraditi u elektronske za{tite, treba da bude izuzetno dobra. Ovo npr. zna~i da napojna jedinica, umesto propisane tolerancije -20 % ... +10 %, treba da bude dimenzionisana za ve}u toleranciju (npr. u slu~aju jednosmernog napona 220 V umesto 176...242 V na 150...300 V).

37 Pouzdano izvr{avawe naloga od strane prekida~a, koji treba da prekinu kratak spoj i automatike za smawewe pobude, neophodan je uslov pouzdanog rada sistema za{tite. Sistem za{tite treba pouzdano da prekine kratak spoj i u nedostatku jednog od uslova pouzdanosti i u slu~aju jednostrukog kvara.

3.1.4. Ostali zahtevi Sistem za{tite pored tri glavna zahteva - selektivnost, brzina rada te pouzdanost u pogonu - treba da zadovoqi i slede}e zahteve: a) Osetqivost Pode{ewe neke za{tite se odre|uje na osnovu detaqnog prora~una kratkog spoja. Kratki spojevi se prora~unavaju na osnovu pretpostavke metalnog kratkog spoja i broj kombinacija mogu}ih kratkih spojeva se smawuje nakon detaqnije analize. Rezultati koji se dobiju smeju da se koriste samo sa velikim faktorom sigurnosti, tj. odnos vrednosti pode{ewa dobijen na osnovu ovakvog prora~una i stvarne vrednosti pode{ewa, treba da je veliki kako bi za{tita radila dobro, bez obzira na smetwe. Ove smetwe su npr.: prelazni otpor na mestu kvara, otpor luka, kod kratkih spojeva sa zemqom otpor uzemqewa; odnosi napona i struja kod raznih jednostavnih kratkih spojeva (3F, 2F, 2FN, FN), kao i u mre`i sa neefikasno uzemqenim zvezdi{tem itd. Za{tita treba tako da se izabere i podesi, da bez obzira na sve ometaju}e uticaje u svim slu~ajevima, kada nastane kvar na {ti}enoj deonici deluje brzo, selektivno i pouzdano. b) Jednostavnost Jednostavnost za{tita poma`e u ispuwewu osnovnog zahteva pouzdanog funkcionisawa. U tom ciqu treba ~initi ustupke ~ak i po cenu kompromisa. Pri planirawu sistema za{tite kvarovi koji su malo verovatni ne moraju se uzeti u obzir. Ovakvi slu~ajevi su npr: istovremeni nastanak kratkog spoja na dva razli~ita mesta u sistemu, tzv. simultani kratki spojevi za koje ne treba da se tra`i selektivan, brzi rad, ali i u ovom slu~aju treba da se iskqu~ewe kratkog spoja (sigurnost pogona). Celishodno je da se otklone kvarovi koji su ~esti, a nisu jednostavni - npr. dvostruki zemqospoj, kao i kaskadni kvarovi koji se javqaju u malim vremenskim razmacima na razli~itim mestima. Te kvarove je potrebno eliminisati na odgovaraju}em naponskom nivou. Kvarovi koji su malo verovatni, nije potrebno uzimati u obzir. Kod odluke je potrebno uzmeti u obzir slede}e ~iwenice: - Ako odre|eno uklopno stawe nije uzeto u obzir, a mogu}e je, takvo uklopno stawe treba zabraniti pogonskim uputstvom. - Ako u nedozvoqenom uklopnom stawu, za{tita ne radi na odgovaraju}i na~in (brzo i selektivno), za kratko vreme, dok traje nedozvoqeno uklopno stawe, radi prelaza, treba da postoji druga za{tita koja }e prekinuti kratke spojeve. - Ako u nedozvoqenom uklopnom stawu postoji takvo mesto, gde u slu~aju pojave kratkog spoja, nijedna za{tita ne prekida kratak spoj, odn. postoji mrtva zona za{tite, onda se ni za kratko vreme ne dozvoqava ostvarewe nedozvoqenog uklopnog stawa koje je u pitawu. - Re{ewe problema mo`e da se olak{a ako prelaz pouzdano ostvaruje automatika koja se aktivira na qudski nalog u roku od nekoliko desetina milisekundi. U slu~aju izostanka prelaza povratak na polazno pogonsko stawe tako|e je automatski.

38 c) Ekonomi~nost Za{titni ure|aji koji slu`e sigurnosti elektroenergetskog sistema, postavqaju se zbog toga da u sistemu ne do|e do velikih {teta i ispada. Osnovni zahtev osmi{qavawa koncepcije za{tite je ekonomi~nost. Pre postavqawa za{tite u principu trebalo bi da se uradi prora~un ekonomi~nosti, koji se pravi i kod drugih investicija. Pri izradi ovog prora~una treba imati na umu slede}e: - Opremqenost datog elektri~nog postrojewa za{titom `elimo da pove}amo za jo{ jednu za{titu (ova mo`e da bude prva, dakle i osnovna za{tita, ako je postrojewe neopremqeno). - Ispita}emo kako primena nove za{tite uti~e na pad vrednosti {teta koje nastaju u toku pretpostavqenih kratkih spojeva i kvarova (smawewe razarawa, sm awewe broja ispada). - Razlika u vrednosti {tete se mno`i sa verovatno}om nastanka doti~nog kvara u toku jedne godine i za svaku vrstu kvara ih sabiramo. Od toga oduzmemo {tetu koju mo`e da prouzrokuje nepotreban rad nove za{tite u toku jedne godine. (Ako je broj nepotrebnih ispada veliki ovo mo`e da bude i negativan broj!) - Smawewe vrednosti godi{we {tete diskontiramo na `ivotni vek za{tite od po~etka stavqawa za{tite u pogon, zatim od toga oduzmemo tro{kove postavqawa nove za{tite (cena nabavke, monta`e i stavqawa u pogon, potrebnih dodatnih mernih transformatora itd.). Na ovaj na~in odre|ujemo korist od nove za{tite, tj. meru ekonomi~nosti. Primena jedne za{tite je ekonomi~na, ako je smawewe vrednosti {tete, koje se wom posti`e, ve}e nego suma vrednosti {tete zbog nepotrebnog rada tro{kova postavqawa, odr`avawa i opravki. Skicirani prora~un ekonomi~nosti mo`e da se uradi samo ako nam na raspolagawu stoje veoma ta~ni statisti~ki podaci. Odre|ivawe vrednosti {teta zbog ispada je uvek problemati~no. Skicirani tok razmi{qawa me|utim bi}e od pomo}i kod tehno-ekonomske procene, na osnovu koje, kao i na osnovu uzimawa u obzir napred prikazanih zahteva mo`e da se proceni da li je ekonomi~na, odnosno da li je potrebna doti~na za{tita ili ne.

3.2. Osetqivost potro{a~a Kod projektovawa za{tite i automatike treba uzeti u obzir op{tu i specijalnu osetqivost potro{a~a na varijaciju napona, kao i va`nost potro{a~a, materijalnu i moralnu {tetu koja nastaje kod wihovog ispada.

3.2.1. Dejstvo pada napona i naponske pauze Kod potro{a~a mogu da nastanu slede}i padovi napona i naponske pauze: - pad napona u toku kratkog spoja do wegovog iskqu~ewa; - kratkotrajna beznaponska pauza nakon iskqu~ewa kratkog spoja do uspe{nog automatskog ponovnog ukqu~ewa. - dugotrajna naponska pauza usled trajnog kvara za vreme rekonfiguracije, odnosno popravke mre`e. U om~astoj mre`i, ako je trajno ukqu~ena jedna rezerva, pad napona koji zbog kvara trpi potro{a~. a) Pad napona kod kratkog spoja ima tri karakteristike: - vreme trajawa je veoma kratko: Vreme funkcionisawa za{tite i sopstveno vreme prekida~a, kod modernih ure|aja bez vremenske zadr{ke je 30...80 ms, a kod mawe savremenih ure|aja 80...200 ms. Kod otklawawa kratkog spoja sa "trenutnim" delovawem u interesu selektivnosti koriste se vremenske zadr{ke za{tite i od 0,2...1,5 s, pa se vreme pada napona pove}ava.

39 - mo`e da se oseti na velikom delu mre`e, ne samo na elementu u kvaru. Zbog toga kratak spoj uti~e na veoma mnogo potro{a~a; - pad napona nije uvek potpun (100 %-ni) i veoma ~esto je simetri~an. Pad napona usled kratkog spoja prouzrokuje smetwe kod potro{a~a koji ne mogu da podnesu napred spomenute padove napona du`ine trajawa od desetak milisekundi. Ovakvi potro{a~i su oni koji se napajaju preko samodr`nih magnetnih sklopki (npr. preko motornih za{titnih sklopki), ure|aji za brzo upravqawe koji se napajaju naizmeni~nim naponom, elektronski ure|aji za upravqawe, ra~unari itd. U takvom slu~aju, gde smetwa prouzrokovana padom napona prouzrokuje veliku {tetu kod potro{a~a treba ugraditi odgovaraju}u za{titu, jer kratak spoj nije mogu}e potpuno izbe}i. Za{tita kod samodr`nih magnetnih sklopki mo`e da bude elektri~na ili mehani~ka vremenska zadr{ka, zadr{ka okida~a sme{tenih kod napajawa niskim i sredwim naponom koji okidaju, kada se napon smawuje (jednak je nuli), kao i primena besprekidnih izvora napajawa.

Ki Be

Slika 3.7. Smawewe osetqivosti motorne za{titne sklopke na kratkotrajni slom napona.

Na slici 3.7 se vidi jedno mogu}e re{ewe. Na namotaj magneta M motorne za{titne sklopke K pomo}u tastera Be mo`e da se dovede napon. Pomo}ni kontakt D osigura samodr`nu vezu i stalan rad motora. Istovremeno privu~e i pomo}ni relej S koji je ugra|en za premo{}avawe pada(sloma) napona, preko diode koja je vezana ispred wega i napuni se kondenzator C. Nakon kratkotrajnog izostanka mre`nog napona pomo}ni relej S ostaje jo{ jedno vreme privu~en.Sada K otpu{ta, ali kod povratka napona preko kontakta S ponovo privu~e. Zadr{kom otpu{tawa pomo}nog releja S mo`e da se postigne pokrivawe oko 1...2 s. Motor mo`e da se iskqu~i pritiskom na taster Ki. Da pri ovome zadr{ka pomo}nog releja S ne do|e do izra`aja, drugi kontakt tastera Ki isprazni}e kondenzator C. Celishodno je ugraditi opisani ure|aj kod svakog centralnog potro{a~a koji je va`an za pogon, dok npr. kod malih motornih potro{a~a koji su u ve}em broju jedan ure|aj za grupu potro{a~a. Po{to ure|aj vr{i ukqu~ewe prekida~a koji je ispao, ~esto se zove automatika za ponovno ukqu~ewe potro{a~a (FVA).

40 b) Kratkotrajna naponska pauza, koja traje od iskqu~ewa kratkog spoja do uspe{nog automatskog ponovnog ukqu~ewa potro{a~a - beznaponsko vreme automatike za prebacivawe na rezervno napajawe, ima slede}e glavne karakteristike: - Woj prethodi pad napona, dakle pauza se sabira sa trajawem pada napona. - U om~astoj mre`i potro{a~i su i u toku pada napona snabdeveni, dakle naponska pauza se javqa samo u radijalnoj mre`i. - Javqa se samo kod onih potro{a~a koji su napajani preko elementa mre`e u kratkom spoju, dakle obuhvata mnogo mawe podru~je u odnosu na pad napona. - Veli~ina je uvek 100%-na; izuzetak ~ine samo takva potro{a~ka podru~ja, gde se u pogonu nalazi zna~ajan broj sinhronih ma{ina ili asinhronih motora sa velikim kapacitetom mre`e (kablova, npr. ku}ni pogon elektrana, veliki industrijski kompleksi). - Wegovo trajawe je otprilike: u slu~aju brzog ponovnog ukqu~ewa 0,4...2 s, u slu~aju automatike za prebacivawe koja se upravqa doga}ajem 0,2 s, u slu~aju automatike za prebacivawe koja se upravqa stawem 0,5... 2 s, u slu~aju automatike sa sporim ponovnim ukqu~ewem 15...180 s. (ta~ku 5.) Sredstva za{tite - izuzev sporog automatskog ponovnog ukqu~ewa - mogu da budu ista kao kod sloma napona. Kod sporog ponovnog ukqu~ewa zbog duge beznaponske pauze mogu da pomognu samo specijalna re{ewa, jer zbog velikog vremena beznaponske pauze kod sporog ponovnog ukqu~ewa svaki motor, svaki pogon itd. potpuno staje. U ovakvom slu~aju mo`e da se primewuje automatsko ponovno pokretawe, a to se primewuje samo kod veoma va`nih centralnih postrojewa. Uop{te u slu~aju sporog ponovnog ukqu~ewa kod potro{a~a se primewuju metode koje su navedene pod c).

c) Dugotrajna beznaponska pauza zbog trajnog kvara. Trajawe ove pauze je du`e od prethodne dve za red veli~ine. Ukoliko postoji mogu}nost promenom uklopnog stawa mre`e mo`e da se postigne skra}ewe beznaponske pauze, koja }e biti kra}e od vremena potrebnog za opravku. Me|utim ako postoji samo jednostrano napajawe onda naponska pauza traje sve dok se ne otkloni kvar. To zna~i da }e pogon potpuno stati, a potro{a~ }e primati energiju tek nakon otklawawa kvara, posle vi{e~asovne beznaponske pauze. Za va`ne potro{a~e, ~iji dugotrajni ispad ima te{ke materijalne posledice, neophodno je obezbediti sigurnost napajawa: - u slu~aju velikih energetskih potreba, treba da se ugradi rezerva u topologiji mre`e koja }e odmah biti na raspolagawu potro{a~u; koristi se drugo rezervno napajawe, napajawe sa om~aste mre`e - u slu~aju mawih energetskih potreba, treba da se ugradi izvor besprekidnog napajawa.

a)

b)

Slika 3.8. Izvor besprekidnog napajawa a) za potro{a~e jednosmerne struje; b) za potro{a~e naizmeni~ne struje.

41 U slu~aju potro{a~a jednosmerne struje ovo mo`e da se re{i prikqu~ivawem na akumulatorsku bateriju, koju ispravqa~ u puferskom radu stalno puni (Slika 3.8a). Ako je potro{a~u potrebna naizmeni~na struja, ova {ema treba da se dopuni i invertorom (Slika 3.8b.). Zbog sigurnosti potreban je i jedan automatski prebaca~ koji u slu~aju kvara invertora, dovodi napon sa mre`e ili treba da se ugrade dva invertora.

3.2.2 Kategorizacija potro{a~a Najosetqiviji su oni potro{a~i koji zahtevaju besprekidno napajawe. Za wihov neometan rad je neophodan stalan napon, ne podnose ni pad napona, a ni kratku i ni dugu beznaponsku pauzu. To su ra~unarski ure|aji, elektronski ure|aji i oprema za upravqawe i za{titu od kratkih spojeva. U I grupu potro{a~a po sigurnosti snabdevawa elektri~nom energijom spadaju oni potro{a~i koji podnose svega 0.5...5 s pauze u pogonu, jer ina~e mo`e da do|e do eksplozije, po`ara, te{kih nezgoda ili {teta u proizvodnim postrojewima, odnosno do dugotrajnog zaustavqawa proizvodwe. Ovakvi potro{a~i su pogoni sa opasno{}u od po`ara i eksplozije; sigurnosni kontrolni, regulacioni i upravqa~ki sistemi u rudnicima, kod visokih pe}i, u hemijskim pogonima; elektri~ni ure|aji atomskih elektrana, pomo}ni ure|aji termoelektrane, oprema operacionih sala i odelewa intenzivne nege u bolnicama, ure|aji za osigurawe `elezni~kog saobra}aja i ure|aji za kontrolu i osvetqavawe na aerodromima. U II grupu potro{a~a po sigurnosti snabdevawa elektri~nom energijom spadaju potro{a~i koji podnose 5...15 s pauze u pogonu, ina~e mo`e da do|e do dugotrajnog prekida u proizvodwi koji prouzrokuje velike {tete, odnosno mo`e da nastane opasna situacija za radnike. U ovu kategoriju spadaju ve}e elektrane, automatizovani pogoni ma{inske i prehranbene industrije; objekti koji zahtevaju intenzivnu ventilaciju kao {to su klanice, inkubatorske stanice, sto~ne/`ivinarske farme, podzemni prevoz putnika, ventilacioni ure|aji u rudnicima, odnosno objekti za prihvat velike mase qudi. U III grupu potro{a~a po sigurnosti snabdevawa elektri~nom energijom spadaju oni potro{a~i koji mogu da ispadnu i do 1...2 sata ,a da prekid proizvodwe za to vreme ne prouzrokuje velike materijalne {tete. To su npr. pogoni lake industrije, mawi pogoni ma{inske industrije, ne automatizovani pogoni prehrambene industrije, nadzemni prevoz putnika, objekti sa velikim prometom (bioskopi, robne ku}e), doma}instava u gusto naseqenim podru~jima. U IV grupu potro{a~a po sigurnosti snabdevawa elektri~nom energijom spadaju oni potro{a~i koji mogu da ostanu bez napona najvi{e 8 sati, a prekid proizvodwe za to vreme prouzrokuje bezna~ajne materijalne {tete. Ovde spadaju: javna rasveta, mawi poqoprivredni pogoni, doma}instva retko naseqenih podru~ja, komunalni objekti sa malim prometom.

3.3. Zahtevi sistema u zajedni~kom radu Kod koncipirawa za{tite i automatike treba da se uzmu u obzir i zahtevi neometanog rada sistema u zajedni~kom radu: - Obezbe|ivawe dovoqne topolo{ke rezerve. U interesu ovog zahteva, delovawe za{tite, u slu~aju kratkog spoja, treba da bude selektivno i brzo, a ponovno ukqu~ewe nakon delovawa za{tite treba da bude optimalno uspe{no, tj. broj trajnih ispada treba da bude {to mawi. U slu~aju preoptere}ewa, u toku wihawa koja mogu da nastanu nakon iskqu~ewa usled delovawa za{tite ili ru~nog iskqu~ewa i ukqu~ewa mora postojati velika pouzdanost da ne bi do{lo do nepotrebnog iskqu~ewa, tj. do iskqu~ewa ~iji uzrok nije kratak spoj. - Stabilan rad sistema treba da se osigura svim sredstvima; ovo se odnosi kako na stati~ku tako na tranzijentnu stabilnost. Problem stati~ke stabilnosti mo`e da se javi u normalnom pogonu sistema ako se izme|u dva sistema obavqa razmena snage ~ija je veli~ina ista ili ~ak prelazi maksimalnu snagu koja mo`e da se prenese. Poreme}aj tranzijentne stabilnosti mo`e da prouzrokuje uglavnom vi{efazni doga|aj, iskqu~ewe elementa nakon toga, zatim eventualni novi kratak spoj i iskqu~ewe posle ponovnog ukqu~ewa (detaqnije u ta~kama 2.8. i 9.).

42

3.4. Strategija za{titnih sistema Za{tita i automatika elemenata elektroenergetskog sistema treba da se odaberu prema zahtevima koji su izlo`eni u napred navedenim ta~kama. Naravno ovo treba da se uradi za svaki elemenat posebno. Za{tita koja se primewuje kod pojedinih elemenata treba da se prilago|ava za{titi i automatici ~itavog sistema. Zbog toga odluke koje se donose treba da budu op{te va`e}e, tj. treba da se izradi strategija koja va`i za celinu sistema. Na osnovu ovih odluka filozofskog karaktera treba da se izvr{i pojedina~ni izbor, ali tako da se uzme u obzir i specifi~nost elementa (taktika). Ovde navodimo samo su{tinske ma|arske strate{ke odluke (detaqno u ta~ki 8.)

3.4.1. 750, 400, 220 kV-na osnovna mre`a Me|unarodno op{te prihva}ena na~ela su slede}a: - Za dalekovode treba da se primeni osnovna za{tita koja kratak spoj, nastao u bilo kojoj ta~ki voda, trenutno iskqu~uje. - Potrebno je primeniti samostalnu za{titu sabirnica sa trenutnim delovawem koja selektivno iskqu~uje sabirnicu u kratkom spoju. - Za transformatore kao osnovnu za{titu treba primeniti diferencijalnu za{titu i Buholc (Buchholz) za{titu. - Kao za{tita od preoptere}ewa transformatora treba primeniti termi~ku za{titu koja obezbe|uje upozorewe i iskqu~ewe. - Sistem za{tite od otkaza prekida~a treba da se realizuje do potpune dubine i sa brzim delovawem (sa vremenskom zadr{kom mawom od 0,2 s). - Na svakom dalekovodu treba da se primeni automatsko ponovno ukqu~ewe. Zbog neusagla{ene me|unarodne prakse, ma|arska strate{ka odluka je slede}a: - Na dalekovodima, transformatorima treba da se primeni sistem dvostruke osnovne za{tite, da se kod opravke ili odr`avawa jedne za{tite ne iskqu~uje {ti}eni element. Dva sistema osnovne za{tite treba da budu u potpuno odvojena (posebno jednosmerno napajawe, dva nezavisna kalema za iskqu~ewe) i da mogu posebno da se blokiraju. - Obe osnovne za{tite dalekovoda treba da budu daqinske za{tite za razliku od nekih EES, gde je osnovna za{tita prvog reda podu`na diferencijalna za{tita. - Treba da se primewuje daqinska za{tita koja je osetqiva na sve vrste kratkih spojeva, za razliku od prakse, gde je za{tita osetqiva samo na me|ufazne kratke spojeve, a kratki spojevi FN se obuhvataju vi{estepenim usmerenim prekostrujnim relejima nultog redosleda. - Daqinske za{tite uvek treba da se opreme takvim ure|ajima za prenos naloga iskqu~ewa koji obezbe|uju trenutno iskqu~ewe cele du`ine dalekovoda. Ovo mo`e da bude sinhronizacija za{tita (kontrolisano daqinsko iskqu~ewe) ili daqinski nalog koji odobrava iskqu~ewe. - Vreme iskqu~ewa kvara osnovne za{tite prvog reda (podrazumevaju}i i vreme iskqu~ewa prekida~a) treba da bude mawe od 80 ms. Vreme iskqu~ewa kvara kod osnovne za{tite drugog reda treba da bude najvi{e 100 ms. - Za{tita sabirnica ne treba da se udvostru~uje. Rezervnu za{titu daju za{tite elemenata u vodovima (npr. daqinske za{tite). Ako ovako ne{to ne postoji, treba da se primeni dodatna za{tita (npr. kod transformatora, jednostepena impedantna za{tita). - Na svakom dalekovodu za spojeve FN treba da se primewuje jednopolno iskqu~ewe i jednopolno automatsko ponovno ukqu~ewe (jednopolno APU), dok kod tropolnog iskqu~ewa treba da se primewuje tropolno ponovno ukqu~ewe (tropolno APU). Vreme beznaponske pauze jednopolnog APU-a treba da bude dugo (oko 2 s), a tropolnog kratko (oko 0.47...0.7 s) bez provere sinhronizma.

43 - Za svaki elemenat mre`e kao rezervna za{tita za opasne situacije, treba da se koristi autonomna prekostrujna za{tita (AZT ).Ova za{tita na dalekovodu treba da bude za struje nultog redosleda (AZTO) i radi u slu~aju izostanka jednosmernog napona. - Za{tita od wihawa u op{tem slu~aju ne treba da se primewuje; umesto we treba se odabere neosetqiva impedantna karakteristika (npr. MHO).

3.4.2. 120 kV-na glavna distributivna mre`a Osnovni principi doma}e strategije su slede}i: - Kao osnovna za{tita dalekovoda treba da se primewuje daqinska za{tita koja je osetqiva na sve vrste kratkih spojeva. - Kod kratkih dalekovoda treba primeniti podu`nu diferencijalnu za{titu radi skra}ewa vremena delovawa. - Ako za druge potrebe na dalekovodu postoji oprema za prenos signala treba da se primeni princip jednovremenog iskqu~ewa. - Vreme prvog stupwa ne treba da bude du`e od 160 ms. Nalog za iskqu~ewe od osnovne za{tite u drugom stupwu treba da se ubrza uslovnim produ`avawem samo u slu~aju kratkog spoja FN. U slu~aju vi{epolnog kratkog spoja je dozvoqeno iskqu~ewe sa vremenskom zadr{kom. - Svaki dalekovod treba da se opremi jednopolnim i tropolnim APU-om. Vreme beznaponske pauze jednopolnog APU-a treba da bude 1.6 s. Kako zbog uslovnog produ`avawa kod vi{epolnog kratkog spoja nije uvek osigurano iskqu~ewe u prvom stupwu, vreme beznaponske pauze tropolnog APU-a treba da bude du`e. Ako se iskqu~ewe desilo u prvom stupwu, vreme beznaponske pauze treba da bude 1.2 s, dok u slu~aju iskqu~ewa u drugom stupwu treba da se vreme beznaponske pauze od 1.2 s smawi za vremensku zadr{ku drugog stupwa. - Kona~no iskqu~ewe nakon neuspelog jednopolnog APU-a gde je mogu}e treba da bude jednopolno - umesto kona~nog tropolnog iskqu~ewa koje se koristi u inostranstvu-, da bi dispe~er imao vremena za preusmeravawe potro{a~a. - Za svaki dalekovod i transformator kao rezervna za{tita za opasne situacije treba da se koristi autonomna prekostrujna za{tita (AZT ).Ova za{tita na dalekovodima treba da bude za struje nultog redosleda (AZTO) koje rade i u slu~aju izostanka jednosmernog napona.

3.4.3. 35, 22 i 10 kV-na mre`a vazdu{nih vodova i kablovska mre`a Principi doma}e prakse su slede}i: - Konfiguracija mre`e je uglavnom radijalna, zbog ~ega kao osnovna za{tita mo`e da se primewuje dvostepena prekostrujna za{tita. Ako je potrebno vremensko stepenovawe za{tita, onda je on jednostepeno. - U retkim slu~ajevima u interesu sigurnosti potro{a~a potrebna je i om~asta mre`a. U tom slu~aju u kablovskoj mre`i i na kratkim dalekovodima se primewuje podu`na diferencijalna za{tita, a na du`im dalekovodima daqinska za{tita. - Vazdu{na mre`a je kompenzovana. Zbog za{tite u zvezdi{tu treba da se ugradi otpornik, koji omogu}uje selektivno otkrivawe zemnih spojeva u radijalnoj mre`i jednostavnim prekostrujnim relejima za struje nultog redosleda. U om~astoj mre`i treba koristiti za{tite deonice nultog redosleda ili ako primena za{tite deonice nije mogu}a (neekonomi~na), treba da se primewuje usmerena prekostrujna za{tita za struje nultog redosleda. - Kod kablovske mre`e stalno postoji otpornik izme|u zvezdi{ta i zemqe, s jedne strane zbog zemqospoja sa elektri~nim lukom, a s druge strane za rad za{tita. Sistem za{tite kablovske mre`e odgovara onom {to je opisano za vazdu{nu mre`u. - U sredwenaponskoj vazdu{noj mre`i treba da se koristi dvostepena automatika za ponovno ukqu~ewe, a u kablovskoj mre`i jednostepena automatika za ponovno ukqu~ewe (detaqno u ta~ki 5.1.).

44

4. Osnovni principi i osnovna re{ewa za{tita

Prvi problem in`ewera koji projektuje za{titu je {ta da izabere od mogu}ih re{ewa, na koji na~in i kojim sredstvima treba da mere kratak spoj. Iz bogatog arsenala isti~u se slede}a re{ewa: - merewe prekostruje : prekostrujne za{tite; - merewe napona: za{tite na osnovu pada ili porasta napona; - merewe impedanse: impedantne za{tite, distantne za{tite; - merewe na osnovu diferencijalnog principa: diferencijalne za{tite, - podu`ne diferencijalne za{tite, koje upore|uju signale "da"-"ne"; - ostale za{tite specijalne namene i principa merewa. Ovaj kratki pregled obuhvata veoma {irok izbor. Pored principa merewa, brigu projektanta pove}ava i izbor tehnolo{kog nivoa razvoja, tj. iz koje "generacije" treba da bira za{titu. Generacije su slede}e: 1. elektromehani~ke za{tite; 2. elektromehani~ke za{tite sa ispravqa~ima i pokaziva~ima nule; 3. elektronske za{tite, koje vr{e analogno merewe; 4. elektronske za{tite sa analognim preslikavawem ali sa obradom na osnovu digitalne tehnike; 5. mikroprocesorske za{tite sa uzimawem uzoraka preko analogno-digitalnih pretvatra~a. Veoma su bitni, bez obzira kojoj generaciji pripada za{tita, osnovni principi rada, jedna~ine merewa, primarni uslovi koji ometaju merewe, jer su problemi i uslovi merewa i primene za{tita u su{tini isti. Npr. svih pet generacija distantne za{tite tretiraju kratak spoj FN po jedna~ini (ta~ka 4.5. i 4.6.):

Z=Uf (I f + α 3 I0)

(4.1)

Ova stalnost, trajnost principa omogu}uje da se pitawa za{tita daju za sva vremena.

4.1. Osnove merewa kratkog spoja Osnovni problem za{tite je kako da razlikuje stawe kratkog spoja od normalnih pogonskih stawa, tj. od stawa optere}ewa, odnosno preoptere}ewa i od wihawa snage koje sledi nakon ukqu~ewa odnosno iskqu~ewa. U slu~aju kratkog spoja, za{tita treba da iskqu~i prekida~ odmah, za deli} sekunde, dok u ostalim slu~ajevima sa velikom vremenskom zadr{kom ili uop{te ne treba da iskqu~i. U nekim od ovih situacija mo`e biti ~ak opasno dati nalog za iskqu~ewe.

45 Merewe prekostruje. Kod kratkog spoja u op{tem slu~aju dolazi do porasta struje. Ako je struja kratkog spoja sa sigurno{}u ve}a u svakom pogonskom stawu od struje optere}ewa, za merewe kratkog spoja mo`e da se koristi prekostrujna za{tita. Zna~i, uslov je:

I zmin = a > 1, I ü max

(4.2)

gde su Iz min minimalna vrednost struje kratkog spoja na {ti}enoj deonici; Iü max maksimalno mogu}a struja u pogonu.

Slika 4.1.

Ovaj uslov je zadovoqen kada je zbir impedanse Zm iza mesta postavqawa za{tite i impedanse Zz izme|u za{tite i kratkog spoja bitno mawi od maksimalne vrednosti impedanse (Zümax) koja se ra~una kao odnos pogonskog napona i struje optere}ewa, tj.

Zm + Zz >> 1, Z ümax

Z ü max =

U ü min , I ü max

(4.3), (4.4)

gde je Uü min najmawi mogu}i pogonski napon, a Iümax je najve}a pogonska struja. Merewe napona. Kod kratkog spoja dolazi do pada napona. Ako je na mestu za{tite pri kratkom spoju napon (Uz) bitno mawi od minimalnog pogonskog napona Uümin , tj.

U ü min = b > 1, U ü max

(4.5)

pomo}u naponskog releja mo`e da se u principu "vidi" kratak spoj. Ovaj princip mo`e da se koristi samo istovremeno sa merewem struje, jer sam naponski relej ne "vidi" da li se on nalazi na putu struje kratkog spoja, pa mo`e la`no da se pobudi na susednim zdravim elementima. Ovakav la`an nalog za iskqu~ewe mogu da daju npr. okida~i koji reaguju na pad napona (okida~i nultog napona) bez vremenske zadr{ke izazivaju}i pri tome nepotrebne dodatne ispade (v. 3.2. potpoglavqe). Naponski uslov je zadovoqen, ako je prema jedna~ini 4.1:

I z (Z m + Z z ) = ( Z m / Z z + 1) > 1. IzZz

(4.6)

Merewe impedanse. Za{tita koja radi na osnovu merewa impedanse koristi porast struje i pad napona kod kratkog spoja. Tako se mo`e posti}i dobro merewe kratkog spoja i kada u pojedinim pogonskim stawima kriterijum struje ili napona sam za sebe nije ispuwen. Uslov za rad impedantne za{tite je:

Z ü min U ü min / I ü max U ü min I z min = = = ab > 1. Zz max U z max / I z min U z max I ü max

(4.7)

46 Ovaj uslov nije ispuwen samo onda, ako je zbir impedansi Zm+Zz u odnosu na pogonsku impedansu veliki, tj. struja Iz max spada u red veli~ine pogonskih struja. Istovremeno vrednost Zm treba da je mala u odnosu na Zz, tj. da kod kratkog spoja nema znatnog pada napona. Ovakav slu~aj se vidi na slici 4.2 pri prenosu velike snage duga~kim dalekovodom. Vidi se da izme|u pogonske impedanse i impedanse kratkog spoja postoji fazna razlika, te se tako usmerenim impedantnim relejom mogu razdvojiti slu~ajevi pogona i kratkog spoja (slika 4.3). Treba posebno naglasiti da se uslovi primene za{tita na principu merewa impedanse bitno poboq{avaju skra}ewem deonice, jer se tada vrednost Zz bitno smawuje (v. stav napred). Zato se ~esto ugra|uje prekida~ na red zbog podele.

a)

b)

c)

d)

Slika 4.2. Vektorski dijagram duga~kog dalekovoda. a) dalekovod; b) ekvivalentna P-{ema; c) vektorski dijagram prenosa aktivne snage; d) vektorski dijagram kratkog spoja u krajwoj ta~ki R.

Slika 4.3. Karakteristike impedantnih releja

Zz impedansa kratkog spoja

47 dalekovoda na dva dela stanicama gde se potro{a~ki transformator prikqu~uje na vod kao otcep oblika T ili transformatori nemaju svoj prekida~ (pojednostavqene stanice). U slu~aju diferencijalnog principa merewa kvara, za{tita upore|uje veli~ine (veli~ine struja, smerove struja, smer snage kratkog spoja itd.) na dve ili vi{e ta~aka {ti}enog elementa i na osnovu wih utvr|uje da li se kratak spoj nalazi izme|u ili izvan ovih ta~aka. In`ewer za za{titu mo`e da bira i od mno{tva ostalih za{tita, ako treba da re{i poseban zadatak. Me|u wima su: prekostrujna za{tita struje negativnog redosleda, za{tita od povratne snage, za{tita od gubitka pobude, za{tita za merewe negativne reaktanse, za{tita od pada frekvencije itd. Postoje i specijalne za{tite, koje odgovaraju}i tip za{tite osposobqavaju za odgovaraju}e delovawe u specijalnim pogonskim situacijama. Ovakvi su npr. razni ure|aji za dopunu pobude, blokade protiv wihawa, ukidawe mrtve zone itd.

4.2. Merewe smera snage kratkog spoja Za delovawe ve}ine za{tita u om~astoj mre`i potrebno je pouzdano izmeriti smer snage kratkog spoja. Opremawe za{tite "usmerenim ~lanom" ima za ciq da strujom kratkog spoja koja je usmerena prema {ti}enom elementu uslovqava nalog za iskqu~ewe od za{tite.

4.2.1. Neposredno merewe smera snage kratkog spoja Ako se na jedan usmereni relej snage (v. ta~ku 6.3.2) prilikom nastanka kratkog spoja dovedu napon i struja kratkog spoja koji vladaju na mestu ugradwe releja, relej }e se pobuditi ako je kratak spoj nastao ispred za{tite. Ako je kratak spoj nastao iza, relej }e se blokirati. Bitno je da se unutra{wi ugao releja (slika 4.4: Ψk) tako odabere da on pribli`no odgovara uglu izme|u napona Uv i struje Iv, tj. da radi sa najve}im momentom. Na slici 4.4 se vidi da ovaj ugao odgovara negativnom faznom uglu rezultantne impedanse petqe u kvaru Zv+Rh. U slu~aju da je Rh = 0, onda ugao ϕv odgovara impedansi Zv, dok je u slu~aju znatnog prelaznog otpora na mestu kvara ugao ϕ mawi od ϕv.

a)

b) c) Slika 4.4. Usmereni relej snage. a) i b) odre|ivawe unutra{weg ugla usmerenog releja; c) mrtva zona.

48 U slu~aju veoma bliskog kratkog spoja dominira Rh, zbog ~ega unutra{wi ugao usmerenog releja u slu~aju opisanog neposrednog merewa treba da bude uvek mawi od Ψv. Po{to vrednost za Ψv npr. kod dalekovoda mo`e da bude izme|u: - 90o < Ψv < - 30 o

(4.8)

celishodno je za Ψk izabrati vrednost izme|u - 45o < Ψk < - 20 o .

(4.9)

Lo{a osobina neposrednog merewa je {to je u slu~aju kratkog spoja blizu mesta ugradwe za{tite napon nizak, ~ak mo`e da bude i nula, pausmereni relej ne mo`e da radi funkcioni{e, a ba{ tada bi bilo neophodno da razlikuje kratke spojeve ispred za{tite (B) ili iza za{tite (A) [slika 4.4 c)]. Za ovaj slu~aj se ka`e da je kratak spoj nastao u "mrtvoj zoni" za{tite. Pove}awem osetqivosti usmerenog releja ova mrtva zona dodu{e mo`e da se smawi, me|utim ne mo`e u potpunosti da se spre~i. Zbog toga u interesu selektivnog delovawa trebalo bi uvek da se primewuju metode koje su opisane u odeqku 4.2.2 i 4.2.3.

4.2.2. Polarizacija naponom zdrave faze Mrtva zona u slu~aju nesimetri~nih kratkih spojeva mo`e u potpunosti da se ukine, ako se na naponski kalem usmerenog releja umesto napona faze u kratkom spoju dovede napon zdrave faze, jer naponi zdravih faza ~ak i kod bliskih kratkih spojeva ne}e biti nula, izuzev kod kratkog spoja 3F, kada ne postoji zdrava faza. Na taj na~in }e polarizacija usmerenog releja }e uvek biti efikasna.

Slika 4.5. Polarizacija naponom zdrave faze

Kod polarizacije naponom zdrave faze naravno treba da se odabere usmereni relej sa drugim unutra{wim uglom. Ako je npr. kod kratkog spoja A0 smer struje Imax koja daje maksimalni momenat, tj. Ψk = - 30o, a za polarizaciju `eli da se koristi napon UBC (slika 4.5), onda novi usmereni relej treba da ima unutra{wi ugao Ψ = +60o. U op{tem slu~aju novi unutra{wi ugao je

Ψ = Ψk - κ

(4.10)

gde je κ ugao izme|u napona u kratkom spoju i napona koji se koristi za polarizaciju. Ako vrednost κ zavisi od mesta kratkog spoja ili se za kratke spojeve FN i 2F koriste isti usmereni releji, pa shodno tome bi bio potreban novi unutra{wi ugao, tada se u slu~aju odstupawa koja nisu preterano velika novi unutra{wi ugao κ odre|uje pomo}u prose~ne vrednosti. Zavisno od vrednosti κ {ema se zove sa 0o (tj. polarizacija sa naponom kratkog spoja), odnosno sa 90o (slika 4.5). Postoji {ema i sa 60o. Vredi zapaziti da kod polarizacije sa naponom faze u kratkom spoju vrednost Ψ se nalazi izme|u 0 i - 90o, dakle relej }e biti osetqiv na induktivne struje. Kod polarizacije naponom zdrave faze ugao Ψ se nalazi izme|u 0 i + 90o, dakle relej je kapacitivnog karaktera.

49

4.2.3. Metode potpunog ukidawa mrtve zone Mada polarizacija zdravom fazom koja je opisana u prethodnoj ta~ki osigurava potpuno ukidawe mrtve zone to ne va`i za kratke spojeve 3F. Zbog toga su potrebne i druge metode za ukidawe mrtve zone. - Metoda predusmerewa zna~i, da ako relej ne mo`e da odlu~i da li je kvar nastao ispred ili iza mesta ugradwe za{tite, dozvoqava se iskqu~ewe.Uzimaju}i u obzir elektromehani~ki relej, to zna~i, da se on pomo}u opruga treba tako da podesi, da u stawu bez momenta unapred zatvara svoj kontakt koji dozvoqava iskqu~ewe. [tetna posledica predusmerewa mo`e da bude nepotrebno iskqu~ewe kvarova iza mesta ugradwe za{tite. - Metoda ukidawa mrtve zone premo{}ewem usmerenog ~lana se primewuje u slu~aju, kada je nastao kratki spoj 3F (pokrenula su sva tri pobudna ~lana), a usmereni ~lan nije blokirao. Tada se sa dodatnim vremenom, npr. sa zadr{kom od 0.2 s premo{}uje (uklawa) usmereni ~lan. - Su{tina {eme sa memorijom je da se na napon koji napaja usmereni ~lan prikqu~uje oscilatorno kolo koje je pode{eno na rezonantnu frekvenciju od 50 Hz. Deo tog kola ~ini i naponska strana usmerenog ~lana. Ako do|e do potpunog sloma napona, oscilatorno kolo nekoliko desetina milisekundi jo{ mo`e da da napon zdrave faze, dakle za{tita mo`e da se se}a napona sa zdravom fazom bez mrtve zone. Ova metoda je neefikasna ako je kratak spoj 3F nastao odmah nakon ukqu~ewa, jer pre toga za{tita nije bila pod naponom. Zbog toga se primewuje logi~ka {ema: ru~ni ili automatski impuls za ukqu~ewe premo{}uje usmereni ~lan tako da iskqu~ewe mo`e da ide i bez merewa smera.

Slika 4.6. Napajawe naponom iza koncentrisane impedanse.

- Napajawe naponom iza koncentrisane impedanse. Na slici 4.6. usmereni releji za{tita 1, 2 i 3 koji se napajaju sa naponskog transformatora koji se nalazi ispred transformatora uvek deluju bez mrtve zone. Su{tina metode je da mrtva zona uvek nastaje u okolini napojnog naponskog transformatora, dakle ako se koristi naponski transformator sa strane koja je suprotna usmerewu, mrtve zone ne}e biti. - Naponski i strujni kalem usmerenog releja koji meri snagu nultog redosleda dobija veli~ine nultog redosleda sa odvoda. Primewuje se kod za{tita od posrednih kratkih spojeva sa zemqom jer na mestu kvara U0 je najve}i, te je relej potpuno bez mrtve zone.

50

4.3. Prekostrujne za{tite Prekostrujne za{tite su naj~e{}e kori{}ene za{tite. Wihova glavna oblast primene je za{tita od preoptere}ewa, osnovna za{tita od kratkog spoja kod radijalnih vodova, za{tita sabirnica koja napaja radijalnu mre`u i rezervna za{tita u op{tem slu~aju.U izvedbi za struje nultog redosleda koristi se kao za{tita od kratkih spojeva sa zemqom u radijalnoj mre`i, rezervna za{tita u om~astoj mre`i itd. Najjednostavnije prekostrujne za{tite su osgura~i i mali automati. Vrste prekostrujnih za{tita: - Prema na~inu napajawa postoji primarna za{tita, gde primarna struja te~e neposredno kroz wu i sekundarna za{tita, koju napaja struja iz sekundara strujnog transformatora. - Prema mehanizmu okidawa, postoji okida~ koji neposredno aktivira mehanizam prekida~a, ili relej koji pomo}u svog kontakta prikqu~uje pomo}ni izvor energije na kalem za iskqu~ewe prekida~a (akumulator, energija skladi{tena u kondenzatoru, energija sa strujnog transformatora). - Primarni okida~ se u prvom redu postavqa na takva mesta gde ne postoji lokalni pomo}ni izvor (npr. kod prekida~a koji je sme{ten na stubu). Robustan ure|aj koji se te{ko kontroli{e, relativno je neta~an (oko 10%) i ne mo`e dati daqinsku signalizaciju, niti da pokrene drugi aparat. U slu~aju sekundarnog okida~a za{tita je sme{tena odvojeno od primarnog postrojewa, te se zbog toga ona lak{e pode{ava i proverava nego u slu~aju primarnog okida~a. Za{tite sa~iwene od sekundarnih okida~a su ta~nije (oko + 2...5%), mogu da pokrenu automatiku i da daju lokalnu i daqinsku signalizaciju. - Prema izvoru energije koji napaja za{titu i okida~ prekida~a postoji ve} poznati okida~ koji neposredno koristi energiju struje kratkog spoja ili za{tita koja ima sopstveni izvor energije. Ove za{tite se mogu podeliti na one koje koriste dobijenu energiju sa strujnih transformatora za neposredno okidawe ili je ispravqenu ~uvaju u kondenzatoru, pa wom deluju na kalem za iskqu~ewe prekida~a (u ovom slu~aju, sistem se ~esto napaja sa naponskog transformatora) i one koje se napajaju iz stalno napuwene akumulatorske baterije i wom deluju na kalem za iskqu~ewe. - Prema karakteristi~nim osobinama delovawa, odnosno karakteristikama razlikujemo prekostrujne za{tite sa nezavisnom karakteristikom, sa strujno selektivnom karakteristikom, sa strujno zavisnom karakteristikom, odnosno sa ograni~eno strujno zavisnom vremenskom zadr{kom.

4.3.1. Vrste prekostruja U elektroenergetskom sistemu prekomernu struju mo`e da prouzrokuje vi{e pojava. Da bismo odabrali, primenili i podesili prekostrujne za{tite ove pojave treba ta~no poznavati. Prekomerne struje su ~esto prouzrokovane preoptere}ewem. Uzrok mo`e da bude prekomerni porast optere}ewa potro{a~a, preuzimawe optere}ewa elementa koji je iskqu~en ili je ispao od strane paralelno vezanog elementa, nedovoqan presek elementa koji je preuzeo teret nakon automatskog prebacivawa, nepravilno planirawe mre`e ili vo|ewe pogona, nepravilan raspored optere}ewa itd. Druga vrsta prekomernih struja poti~e od pojave wihawa. Usled kratkih spojeva i wihovog iskqu~ewa, automatskih ponovnih ukqu~ewa ili ru~nih ukqu~ewa/ iskqu~ewa generatori koji rade na mre`i moraju da mewaju svoj ugao optere}ewa. U toku ovih promena dolazi do wihawa, koja mogu da prouzrokuju kratkotrajne cikluse prekomernih struja. Ako na nekom delu mre`e treba da se prenese velika snaga koja prelazi granicu stati~ke stabilnosti, stabilnost se poremeti, javqa se velika struja i slom napona sli~no kao kod kratkog spoja. Kratki spojevi uglavnom prouzrokuju najve}e struje.

51 4.3.2. Za{tite od preoptere}ewa Kod nastanka prekomerne struje, za{tita treba da radi veoma brzo, da bi se izbeglo razarawe na mestu kvara i da bi se sa~uvali zdravi delovi. U slu~aju preoptere}ewa, me|utim, mo`e da se sa~eka i du`e vreme, ~ak u nekim slu~ajevima mo`e da se dozvoli vreme koje je potrebno da ~ovek mo`e da ga primeti i da interveni{e. Procena i odabirawe prekostrujnih za{tita treba da se vr{i na osnovu uloge {ti}enog elementa u sistemu, veli~ine mogu}eg preoptere}ewa, {tete koje prouzrokuje preoptere}ewe i du`ine trajawa preoptere}ewa koje mo`e da se dozvoli. U radijalnoj distributivnoj mre`i - izuzev izvoda direktnih potro{a~a - uz odgovaraju}e planirawe i vo|ewe pogona ne da do|e do preoptere}ewa. Preoptere}ewe mo`e da nastane samo zbog automatskih prespajawa, ali o tome je obave{ten dispe~er koji vodi pogon. U om~astoj mre`i ne sme da se koristi za{tita od preoptere}ewa, jer mo`e da se desi da se zbog ispada pojedinih elemenata usled kratkog spoja, drugi paralelno vezani elementi preopterete. Ako ih iskqu~i za{tita od preoptere}ewa, onda }e se slede}i preopteretiti. Na kraju mre`a }e se razdvojiti na najvi{e optere}enom preseku. Radi izbegavawa ovog veoma neprijatnog spontanog raspada, radi savla|ivawa preoptere}ewa treba da se primewuju sistemska automatika (v. ta~ku 9.). Kod generatora i transformatora u op{tem slu~aju je celishodna primena za{tite od preoptere}ewa koja daje upozorewe i iskqu~ewe, a wezin rad se zasniva na merewu temperature.

4.3.3. Razbu|ivawe prekostrujne za{tite u odnosu na struje u redovnom pogonu Prekostrujna za{tita koja se ugra|uje radi otklawawa kratkih spojeva ne sme da se pobu|uje na pogonsku struje, odnosno u ve}ini slu~ajeva ni na struju preoptere}ewa. Za prekostrujnu za{titu va`i slede}i uslov razbu|ivawa:

I be ≥

kf I ü max kv 1 - ε

(4.11)

tj. pode{ewe prekostrujnog releja treba da bude uvek pouzdano ve}e od maksimalne struje pogona (preoptere}ewa). U jedna~ini Ibe je vrednost pode{ene struje na prekostrujnom releju; Iü max je maksimalna struja pogona (preoptere}ewa) koja mo`e da se javi, uzimaju}i u obzir i slu~ajeve smetwi u pogonu i odr`avawu (rasipawe releja, gre{ke strujnih transformatora, nesigurnost poznavawa podataka, gre{ka u prora~unu). Odnos struje otpu{tawa i privla~ewa je minimalno 0.8, ali danas proizvo|a~i garantuju za releje i vrednosti od 0.9...0.95. Faktor polaska - kf, je modifikacioni faktor usled smetwe u naponu, koju prouzrokuje kratki spoj itd. Na ovaj faktor uti~u tri pojave: strujni udar usled ubrzavawa motora, strujni udar kod ukqu~ewa (ponovnog ukqu~ewa) i uticaj okida~a, koji reaguju na pad napona.

Slika 4.7. Odre|ivawe faktora

kf . kv

F = potro{a~

Faktor kf / kv treba da se odre|uje prema slede}im razmatrawima: - Ako kratki spoj nastane na mestu B kao osnovna za{tita deluje V2, ali kre¢e i udaqena rezervna za{tita V1. Zbog pada napona, usled kratkog spoja, motori koji su ugra|eni kod potro{a~a F se usporavaju, a neke okida~ nultog napona iskqu~uje, odnosno samodr`ni relej otpu{ta. Motori koji su se usporili nakon delovawa za{tite V2 treba da se ubrzaju (strujni udar usled ubrzawa motora), ali ispadi smawuju strujni udar (uticaj okida~a nultog napona). Po{to je bila pokrenuta za{tita V1, te treba da otpusti, treba da se uzme u obzir i odnos lepqewa kv. - Ako kratki spoj u mre`i sa slike 4.7 nastane u ta~ki A, deluje za{tita V1, iskqu~uje svoj prekida~, a zatim ga ponovo ukqu~i. U toku beznaponske pauze motori kod

52 potro{a~a F jo{ se vi{e uspore, ali i dejstvo iskqu~ewa usled pada napona bi}e ve}e. Javi}e se i strujni udar pri ukqu~ewu transformatora koji se napajaju sa mre`e. Istovremeno, za to vreme, za{tita V1 je bez struje, dakle otpusti}e, te odnos otpu{tawa kv ne treba da se uzme u obzir. - Prilikom ru~nog ukqu~ewa jednog voda javqa se strujni udar transformatora pri ukqu~ewu, kao i ostalih potro{a~a koji su ostali ukqu~eni na mre`u - osvetqewe, motori, termi~ki potro{a~i. Sada posmatramo pokretawe za{tite, dakle odnos otpu{tawa ne treba da se uzme u obzir. Faktor kf/kv se odre|uje na osnovu ova tri razmatrawa i od dobijenih vrednosti treba da se odabere najve}a. Uop{teno gledano samo merewa koja su vr{ena u razli~ito vreme daju pouzdanu vrednost. Kod projektovawa u distributivnoj mre`i odnos kf /kv mo`e da se uzme oko 1...2, ali u industriji i sopstvenim pogonima elektrana, gde je spre~eno trenutno iskqu~ewe, vrednost odnosa kf /kv mo`e da bude i 3...6.

4.3.4. Odre|ivawe minimalne i maksimalne vrednosti struje kratkog spoja Za pode{ewe prekostrujnih za{tita treba da se znaju mogu}e minimalne vrednosti struja kratkih spojeva na deonici koja se {titi osnovnom i rezervnom za{titom, a ponekad, npr. kod strujno selektivne prekostrujne za{tite i maksimalna vrednost struje kratkog spoja na stranoj, susednoj deonici. Ovo zavisi od uklopne {eme mre`e i od vrste kratkog spoja. Zbog toga treba uraditi prora~un kratkih spojeva sa puno varijacija i od dobijenih vrednosti struja koje teku na mestu ugradwe za{tite treba da se izna|u maksimalna i minimalna vrednost. Kod odre|ivawa maksimalne vrednosti struje kratkog spoja uklopnu {emu treba postaviti tako {to se uzme da je svaki elemenat sistema (generator, transformator, dalekovod) ukqu~en, a da su paralelnovezani elementi sa {ti}enim elementom (paralelni vod, transformator) ukqu~eni. Kod odre|ivawa minimalne vrednosti struje kratkog spoja uklopnu {emu treba postaviti tako da se uzme da su iskqu~eni svi elementi u ciqu odr`avawa i opravki koji realno mogu biti iskqu~eni, a da su sa {ti}enim elementom paralelnovezani elementi iskqu~eni. Pri prora~unu pode{ewa prekostrujne za{tite, kod odre|ivawa dosega za{tite poma`e odre|ivawe funkcije struja kratke veze - udaqenost. Za slu~aj radijalnog voda, za spoj 3F mo`e da se napi{e:

Iz =

U

(4.12)

3 ( Z m1 + z1l )

gde je Iz - struja kratkog spoja koja te~e na mestu ugradwe za{tite; U - linijski napon koji vlada na mestu kratkog spoja u zdravom stawu; Zm1 - impedansa pozitivnog redosleda napojne mre`e iza za{tite; z1 - podu`na impedansa posmatranog dalekovoda; l - nezavisno promenqiva udaqenost mesta kvara od za{tite. Funkciju kratkog spoja od udaqenosti prema jedna~ini 4.12 prikazuje slika 4.8. Zbog razli~itih impedansi Zm koje odgovaraju maksimalnoj i minimalnoj uklopnoj {emi za struju kratkog spoja dobijemo jedan pojas, unutar koga mo`e da nastane struja kratkog spoja. Na veli~inu struje kratkog spoja uti~e i vrsta kratkog spoja. Impedanse nultog, pozitivnog i negativnog redosleda koje se odnose na mesto kvara su: Z0e, Z1e, Z2e. Struja trofaznog kratkog spoja je: I z3F =

I 2 F = 3 I1 = 3

Uf Z1e + Z 2e

Uf , a za dvofazni kratki spoj (apsolutna vrednost) 3Z1e

=

3 3 Uv = I . Z 2 e 3Z1e Z 2e z3F 1+ 1+ Z1e Z1e

Uf -fazni napon, Uv -linijski napon.

53

Slika 4.8. Struja kratkog spoja u funkciji udaqenosti

Za slu~aj kratkog spoja daleko od generatora je

3 /(1 + Z 2 e / Z 2 e ) postaje

Z 2 e ≈ Z1e pa vrednost faktora

3 / 2 , tj. struja dvofaznog kratkog spoja iznosi 86.6 % od struje

trofaznog kratkog spoja koja nastane na istom mestu. Ovo je mogu}a najmawa vrednost, jer kako se mesto kvara pribli`ava generatoru vrednost Z 2 e / Z1e postaje mawa od jedinice, te vrednost faktora raste. U slu~aju kratkog spoja na samim prikqu~cima generatora npr. Z 2e / Z1e mo`e da se smawi na 2/3, a faktor na 1.04, tj. skoro jedinica pa je dakle u ekstremnom slu~aju Iz3F

≈ I z2F. Ako rezimiramo dobi}emo:

0.866 I z2F < I z2F < Iz3F

(4.13.)

Vrednost struje jednopolnog kratkog spoja mo`e da bude ve}a od tropolnog kratkog spoja, ako je vrednost Z 0 e / Z1e 1 ([19], [70]). Osim ovoga u radijalnoj mre`i treba da se ra~una i raspodela struje kod odre|ivawa struje kroz za{titu, jer i ~isto potro{a~ki transformatori u spoju zvezda/trougao mogu da napajaju kvar. U op{tem slu~aju u om~astoj mre`i treba da se uradi prora~un kratkog spoja i raspodele struje u mnogo varijanti radi odre|ivawa maksimalnih i minimalnih struja kratkih spojeva koje su potrebne za pode{ewe za{tita, ali u radijalnoj mre`i jedan in`ewer za{tite sa praksom pomo}u va`e}ih uzajamnih odnosa mo`e da smawi u velikoj meri broj varijacija.

4.3.5. Prekostrujna za{tita sa nezavisnom vremenskom zadr{kom Za{tita se sastoji od tri, dva ili jednog prekostrujnog releja i od jednog zajedni~kog vremenskog releja, eventualno jednog releja za poja~awe snage kontakata ili umno`avawe broja kontakata. Prekostrujni releji treba tako da se podese, tako da se ne pobude na struju pogona (preoptere}ewa), (v. jedna~inu 4.11), dok za kratke spojeve koji nastaju na {ti}enoj deonici, kao i na deonicama koje se {tite udaqenim rezervnim za{titama treba pouzdano da se pobude. Jedna~ina za pode{ewe je :

I be≤

I zmin , 1+ ε

(4.14)

54 gde je I be - vrednost pode{ewa prekostrujnog releja;

ε - uobi~ajeni faktor sigurnosti

(minimalna vrednost 0.2); I zmin - minimalna struja koja te~e u slu~aju kratkog spoja na deonici {ti}enoj osnovnom za{titom i na deonicama {ti}enim rezervnim za{titama.

a)

b)

Slika 4.9. Prekostrujna za{tita sa nezavisnom vremenskom zadr{kom kao osnovna i rezervna za{tita u vi{estruko razgranatoj mre`i. a) mre`a; b) karakteristike t = f ( l ) za{tite (∆t selektivni interval).

Selektivnost kod prekostrujne za{tita posti`e se vremenskom zadr{kom. Kao primer, prikazano je na slici 4.9 re{ewe za{tite vi{estruko razgranate radijalne mre`e (od vi{e redno vezanih deonica). Deonica {ti}ena osnovnom za{titomV1 je deonica dalekovoda AB, ali ona ~ini udaqenu rezervu za deonice BC i BD. Da bi ovo bilo sigurno re{ewe ova za{tita treba da se pobudi i na minimalne struje kratkih spojeva koje nastanu na sabirnicama C i D shodno jedna~ini (4.4).

4.3.6. Strujnoselektivna prekostrujna za{tita Aktivni elementi za{tite su prekostrujni releji, koji su ugra|eni u tri ili dve faze. Karakteristika je delovawe bez vremenske zadr{ke. Selektivnost se ostvaruje pode{ewem struje: relej treba da se podesi na tako veliku struju da se pobudi samo na kratak spoj na {ti}enoj deonici. Jedna~ina pode{ewa shodno tome:

I be≥

I zmax 1+ ε

gde je I be - vrednost pode{ewa strujnoselektivnog prekostrujnog releja;

(4.15)

ε - uobi~ajeni faktor

sigurnosti (minimalna vrednost 0.2); I zmax - mogu}a najve}a vrednost struje koja te~e kroz za{titu u slu~aju kratkog spoja izvan {ti}ene deonice (na kraju {ti}ene deonice).

55 a) Brzi stepen Brzi stepen treba ugraditi pored svake za{tite koja bliske kvarove ne iskqu~uje trenutnim delovawem (npr. sistem koji se vidi na slici 4.9). On mo`e uspe{no da se koristi pored za{tite koja trenutno deluje kao rezervna za{tita, ako je osnovna za{tita slo`ena i podlo`na kvarovima ili ima mrtvu zonu (npr. usmerena prekostrujna za{tita, daqinska za{tita). Tipi~na primena brzog stepena vidi se na slici 4.10. Brzi stepen, koji je ugra|en pored za{titeV1 treba da se razbudi od maksimalne struje kratkog spoja IB max koja nastane na sabirnicama B i ova treba da se uvrsti u jedna~inu (4.15). Zajedni~ko dejstvo na~elnog rasipawa (zbog razli~ite Izmax i Izmin ) i stvarnog rasipawa (+ε), tj. pojas nesigurnog delovawa koji zbog toga nastaje mo`e dobro da se prati kako kod za{tite sa nezavisnom vremenskom zadr{kom tako i za brzi stepen. Obe ove za{tite u op{tem slu~aju se ugra|uju u jednu celinu, to je onda tkz. dvostepena prekostrujna za{tita ~iji je primer prikazan na slici 4.11. Za{tita se obi~no dopuwuje jo{ i zemqospojnim (homopolarnim) relejom sa samostalnom i nezavisnom vremenskom zadr{kom. Dvostepena prekostrujna za{tita mo`e povoqno da se koristi i kao osnovna za{tita transformatora koji nemaju diferencijalnu za{titu.

Slika 4.10. Pode{ewe i doseg dvostepene prekostrujne za{tite (V1) za{tite sabirnice (S).

56

Slika 4.11. Dvofazna, dvostepena prekostrujna za{tita sa samostalnom zemqospojnom za{titom a) krugovi strujnih transformatora; b) {ema jednosmernih krugova

Strujno selektivna za{tita mo`e da se koristi kao za{tita sabirnica sa brzim delovawem u radijalnoj mre`i. Uslovi su dati na slici 4.12.

Slika 4.12. Prilago|avawe za{tite napojnih sabirnica

Selektivno delovawe za{tite sabirnica sa oznakom S treba da se osigura istovremenim zadovoqavawem dva uslova: - jednim selektivnim intervalom da se odvoji od brzih stepena za{tita V2 (odnosno V3 i V4 itd.), i - velikim pode{ewem struje da se odvoji od strujnog pode{ewa vremenski zategnutih stepena za{tita V2 (odnosno V3 i V4 itd.). Jedna~ina pode{ewa ovog posledweg je:

(1 − ε ) I Sbe ≥ (1 + ε ) I gybemax , tj.

I Sbe ≥

(1 − ε ) I gybemax , (1 + ε )

(4.16)

57 gde je ISbe - struja pode{ewa strujnih releja za{tite sabirnica; ε - uobi~ajeni sigurnosni faktor; Igy be max - najve}e pode{ewe brzog stepena odvoda koji je vezan na sabirnicu. Za{tita sabirnica deluje na svaki kratki spoj samo onda, ako se ona sigurno pobudi na minimalnu struju kratkog spoja (Iz ), tj.

I Sbe ≤

I zmin , 1+ ε

(4.17)

Sjediwavawem jedna~ina (4.16) i (4.17) dobija se:

I 1+ ε I gybemax ≤ I Sbe ≤ zmin . 1− ε 1+ ε

(4.18)

Prilago|avawe za{tite sabirnica sistemu za{tite mo`e da se prati na slici 4.12, a domet i pojas nesigurnosti na slici (4.10). Ako sistem sabirnice strujom kratkog spoja napaja vi{e elemenata, zbog mogu}nosti pralelnog napajawa levu stranu jedna~ine treba pomno`iti faktorom raspodele struje koji va`i za stawe sa minimalnim napajawem, dok desna strana se mno`i sa faktorom za slu~aj napajawa sa maksimalnim brojem jedinica. Ovaj faktor je: k=

struja kratkog spoja na mestu ugradwe za{tite struja kratkog spoja kroz sva napajawa

(4.19)

Ako je minimalno napajawe samo napajawe doti~nog (ra~unatog) elementa k=1. Ako je maksimalno napajawe tri identi~na elementa koji rade pralelno (npr. transformatori), onda je k=1/3.

c) Osnovna za{tita deonice koja je zatvorena koncentrisanom impedansom Ako je sa jednim elementom mre`e na red vezana koncentrisana impedansa, kao osnovna za{tita sa brzim delovawem mo`e da se koristi strujno selektivna za{tita tako, da se doseg za{tite zaustavi u koncentrisanoj impedansi, tj. za{tita "ne vidi preko koncentrisane impedanse".

Slika 4.13 Za{tita dalekovoda sa trenutnim delovawem

58 Primena i pode{ewe mogu da se prou~e na slici 4.13. Na dalekovodu u ta~ki V primewuje se strujno selektivna za{tita, a transformator predstavqa impedansu koja zatvara dalekovod. Jedna~ina pode{ewa za{tite V:

I Bmax I ≤ I be ≤ Amin , 1− ε 1+ ε

(4.20)

gde je IBmax - maksimalna vrednost struje kratkog spoja koja se javqa na drugoj strani transformatora, a IAmax - minimalna vrednost struje kratkog spoja koja nastaje na kraju voda, ispred transformatora. Za{tita mo`e da se podesi ako je:

I Amin 1 + ε . ≥ I Bmax 1 − ε

(4.21)

Ovo daje granicu primenqivosti za{tite. Pode{ewe je selektivno, pa ne treba vremensko zatezawe.

4.37. Prekostrujna za{tita sa strujnozavisnom vremenskom zadr{kom Ovaj tip za{tite ima dve karakteristi~ne varijante: za{tita koja neograni~eno zavisi od struje (slika 4.14a) i za{tita koja ograni~eno zavisi od struje [slika 4.14 b)]. Ova posledwa iznad jedne odre|ene vrednosti struje postaje za{tita sa nezavisnom vremenskom karakteristikom. Postoje karakteristike koje na poseban na~in zavise od struje, zavisno od toga da li je kriva zavisnosti: hiperboli~nog oblika, linearna, kvadratna ili eksponencijalna, po nekom vi{em stepenu. Pomo}u prikazanih karakteristika t=f(I) , karakteristika Iz=f(l) koja je utvr|ena za {ti}eni elemenat (npr. pomo}u slike 4.8) mo`e da se konstrui{e karakteristika t=f(l) [53].

a)

b)

Slika 4.14. Prekostruna za{tita sa strujnozavisnom vremenskom zadr{kom. a) neograni~eno zavisna karakteristika; b) ograni~eno zavisna karakteristika

Na slici 4.15 mogu da se vide tipi~ne karakteristike t = f(l). Na osnovu krivih mo`e da se utvrdi i podru~je primene tipa za{tite: zbog opadawa karakteristika, za{tite u nizu, sa razli~itim opadaju}im pode{ewem su me|usobno selektivne, bi se mogle koristiti za za{titu radijalnih mre`a. Zbog relativno velikih vremenskih zadr{ki, treba ih koristiti samo kao rezervnu za{titu. Druga oblast primene je za{tita motora od preoptere}ewa. Za{tita od kratkog spoja se dopuwuje brzim stepenom. Na kraju mo`e dobro da se koristi kao bliska rezervna za{tita u om~astoj mre`i. Na slici 4.16 dobro se vidi, da ako za{tite pode{ene na istu vrednost najve}a struja je u onoj koja je najbli`a kratkom spoju, pa }e ona prva iskqu~iti. Kod mre`e sa efikasno uzemqenim

59

Slika 4.15. Karateristike t = f(l) releja sa strujnozavisnom vremenskom zadr{kom koji se koriste u radijalnoj mre`i.

Slika 4.16. Za{tita koja se koristi u om~astoj mre`i. iskqu~en prekida~

zvezdi{tem, za{tita je vezana na struju nultog redosleda. Na taj na~in prema slici 4.16. obezbe|eno je potrebno napajawe u svakom ~voru, jer za kratki spoj FN i potro{a~ki transformatori dodaju struju kratkog spoja. Sa druge strane za{tita je neosetqiva na simetri~no optere}ewe, pa je neosetqiva i na preoptere}ewe, ali mo`e da se uradi jednostavna rezervna za{tita koja reaguje i na male struje kratkih spojeva.

4.3.8. Usmerena prekostrujna za{tita Za{tita se sastoji od prekostrujnih releja, usmerenih releja snage i vremenskog releja (eventualno pomo}nog releja). Pravi se u trofaznoj i dvofaznoj izvedbi, ali ako se napaja veli~inom nultog redosleda (zemni spoj), postoji jednofazna izvedba. Glavna podru~ja primene usmerene prekostrujne za{tite su slede}a: za{tita dvostrano napajane mre`e; za{tita kru`ne mre`e koja se napaja iz jedne ta~ke; za{tita jednostavne om~aste mre`e; rezervna za{tita om~aste mre`e; za{tita prikqu~ka male elektrane. Rad za{tite detaqno je detaqno dat za dvostrano napajanu mre`u u obliku luka. Delovawe, kao i logika vremenske zadr{ke i usmerewa mo`e da se vide na slici 4.17. Logika za{tite mo`e da se prati tako da se prvo sa strane A sa~ini sistem za{tite V5-V3V1, sa intervalima ∆t = 0,5s, a zatim sa strane B sistem V2-V4-V6. Na~elno, za prvi sistem trebalo bi da se ugrade usmereni releji snage koji pokazuju udesno, a za drugi koji pokazuju ulevo. Me|utim ako je vremenska zadr{ka za{tita ve} sama za sebe dovoqno velika za selektivnost, onda usmereni releji mogu da se izostave. Ovo mo`e da se vidi na slici 4.18. Ako se kod obostranog vremenskog stepenovawa za{tite sa istim vremenom delovawa susre}u (sl. 4.18a), onda nema potrebe da se ugra|uju usmereni ~lanovi. Ako su me|utim na dve strane sabirnica susre}u za{tite sa razli~itim vremenima delovawa (sl. 4.18b) onda treba ugraditi usmerene releje snage. Selektivno delovawe za{tite mo`e da se dokazuje uz pomo} pretpostavqenih kratkih spojeva.

60

Slika 4.17. Za{tita dvostrano napajanog voda usmerenom prekostrujnom za{titom F - potro{a~i

Slika 4.18. Neophodnost primene usmerenog releja F -potro{a~i

Slika 4.19. Za{tita kru`nog voda koji se napaja iz jedne ta~ke F -potro{a~i

Za{tita kru`ne mre`e (slika 4.19) koja se napaja iz jedne ta~ke mo`e da se postigne spajawem napojnih ta~aka A i B (slika 4.17). Pravilno delovawe sistema za{tite ovde ugro`ava kaskadno otklawawe kvara. Ako pretpostavimo kratak spoj u neposrednoj blizini za{tite V1, kroz za{titu V1 }e te}i velika struja, dok }e sa druge strane struja kvara biti znatno mawa (otprilike nula). Nakon delovawa za{tite V1 iskqu~i}e prekida~, pa }e tek onda pote}i zna~ajna struja kratkog spoja sa druge strane. Na ovaj na~in vremena otklawawa kvarova se sabiraju: ukupno vreme }e biti tV1+t V2 +2tmsz , gde su tV1 i t V2 -vremenske zadr{ke dveju za{tita, a tmsz - sopstveno vreme prekida~a. Pored produ`ewa otklawawa kratkog spoja posledica je, da rezervna za{titaV7 koja se nalazi kod A, ne mo`e da se podesi na tV1+∆t=2 s, nego na ve}u zadr{ku, na oko 3 s, u ciqu osigurawa selektivnosti (a tako|e i 2 tmsz !).

61 Ako se mesto kratkog spoja pribli`ava prema C, V2 i V4 (i V6) iskqu~uju ne samo posle V1, nego da se ve} pobu|uju kod nastanka kratkog spoja. Me|utim mo`e da se desi a to je tre}a posledica - da V4 krene pre V2, te da se prouzrokuje nepotreban ispad potro{a~a C. Da bi se ovo izbeglo izme|u za{tita V2 i V4 pored vremenskog stepenovawa treba da postoji i strujno stepenovawe:

IbeV 4 (1 − ε ) ≥ IbeV 2 (1 + ε ) , dakle

IbeV 4 (1 + ε ) ≥ IbeV 2 (1 − ε )

(4.22)

Ako je ε =0.2, onda odnos strujnog stepenovawa iznosi 1.5. Ako i na deonici CD izme|u V4 i V6 mo`e da do|e do kaskadnog delovawa, onda strujno stepenovawe treba da se primeni i izme|u pode{ewa struja za V4 i V6. Ina~e, dovoqno je da bude Ibe V6 > I be V4.

b) Slika 4.20. Za{tita jednostavnih om~astih mre`a pomo}u usmerene prekostrujne za{tite F -potro{a~i

62 Tkz.jednostavna om~asta mre`a koja nastaje kombinacijom dvostrano napajane mre`e u obliku luka i kru`ne mre`e napajane iz jedne ta~ke tako|e mo`e da se {titi usmerenom prekostrujnom za{titom. Uslovi za to su slede}i: ili se mre`a napaja iz jedne ta~ke i jedna ta~ka svake om~e mre`e treba da bude jedna jedina sabirnica ili je mre`a sa vi{e napojnih ta~aka, a nema om~i u mre`i. Za oba slu~aja je dat primer usagla{enog plana sistema za{tite na slici 4.20. Zbog jednostavnosti svugde je uzeto ∆t= 1 s. Sva za{tita na dosad prikazanim mre`ama treba da se opremi brzim stepenom prema ta~ki 4.3.6 a) koji se bazira na principu strujnoselektivne za{tite, ako to uslovi pode{ewa omogu}uju. Usmerena, vi{estepena (sa vi{e vremenskih stepena) prekostrujna za{tita mo`e da se koristi i kao rezervna za{tita om~aste mre`e. Neosetqivost na preoptere}ewa se ovde posti`e jednofaznim napajawem za{tite veli~inama nultog redosleda (U0, I0). Na ovaj na~in mo`e da se koristi i kao osnovna za{tita za obuhvatawe kratkih spojeva FN.

4.4. Impedanse u strujnoj om~i sa kratkim spojem Kod nastanka kratkog spoja dolazi do porasta struje i do sloma napona, te impedansa koju vidi za{tita jako opada. Releji koji mere impedansu rade na tom principu. Impedantni releji koji mere simetri~ne komponente u principu mere nepravilno, zbog ~ega wihova upotreba nije mogu}a. Mo`e lako da se doka`e, npr. da je odnos napona i struje pozitivnog redosleda kod kratkog spoja 3F srazmeran impedansi pozitivnog redosleda izme|u za{tite i mesta kratkog spoja. Me|utim u slu~aju svih nesimetri~nih kratkih spojeva ovoj impedansi se jo{ dodaje rezultantna impedansa mre`e negativnog redosleda (eventualno i nultog), izme|u ta~aka h1 (mesto kratkog spoja) i n1 i za{tita to meri u zbiru. U slu~aju merewa impedanse naponom i strujom negativnog redosleda ne meri se impedansa izme|u za{tite i mesta kvara nego izme|u za{tite i generatora, odnosno za{tita meri impedansu negativnog redosleda. Tabela 4.1. Sistemi merewa impedamse kratkog spoja Oznaka {eme

Na impedantni relej se vezuje na naponskoj strani

na strujnoj strani

Jedna~ina merewa (skalirawa)

V1

Uv (npr. UCB)

If (npr. IC)

Zé =

U CB 2 IC

F1

Uf (npr. UA)

If (npr. IA)

Zé =

UA 2 IA

V2

Uv (npr. UCB)

razlika dve fazne struje (npr. IC - IA)

Zé =

U CB IC − I B

F2

Uf (npr. UA)

zbir fazne struje i struja nultog redosleda (npr. IA + α.3I0)

Zé =

UA , I A + α 3I0

gde je

α=

Z V0 / Z V1 - 1 3

63 Naponi i struje trofaznog sistema mogu u raznim varijacijama da se ve`u na impedantne releje. U praksi su rasprostrawena samo ~etiri sistema, ~iji su podaci navedeni u tabeli 4.1. Zna~ewe primewenih oznaka u tabeli su: podaci {ti}enog elementa, npr. dalekovoda - ZV1, ZV0; naponi i struje koji nastaju prilikom kratkog spoja - UV, Uf, If, UCB, UA, IA, IB, IC; simetri~ne komponente struje koje teku kroz za{titu - I1, I2 i I0; impedansa koju meri za{tita - Zé; impedansa pozitivnog redosleda izme|u za{tite i mesta kratkog spoja - Z1. Kod svih merewa prema tabeli 4.1 treba da se vezuju po tri releja na cikli~ki izmewene faze. Na ovaj na~in, pomo}u simetri~nih komponenti [53], u slu~aju razli~itih kratkih spojeva, ugra|eni impedantni releji mere impedanse iz tabele 4.2 (uz zanemarivawe prelaznog otpora na mestu kvara). Tabeli 4.2. Merena impedansa Oznaka {eme

Jedna~ina merewa (skalirawa)

V1

Zé =

U CB 2I C

F1

Zé =

UA 2I A

Merena impedansa uz pretpostavku kratkog spoja 3F 2F FN 3 2

Z1

1 Z1 2

≈ Z1

nije dobra

nije dobra*

Z1x gde je I + I + I (Z / Z ) x= 1 2 0 0 1 2( I1 + I 2 + I 0 ) kod jednostranog napajawa x=

V2 F2

U CB IC − IB UA Zé = , I A + α 3I 0 Zé =

2 + Z 0 / Z1 6

nije dobra

Z1

Z1

Z1

nije dobra j(ϑ +30o )

Z1 j(ϑ

+90o )

* Merena impedansa je pribli`no [53]: Z ≈ 0,577⋅ | Z1 | ⋅e 1 + 0,288⋅ | Z m2 | ⋅e m2 , gde indeks 1 ozna~ava impedansu pozitivnog redosleda {ti}enog elementa, a m2 impedansu negativnog redosleda iza za{tite. Na osnovu tabele 4.2 mo`e se odrediti relativni doseg za{tite. Ako je odnos L =

Zé Z1

ve}i od pode{ene vrednosti impedanse Z1 na za{titi, pobu|uje se za{tita. Ako je L=1, za{tita koja je pode{ena na Z1 meri upravo do Z1, dakle meri impedansu pozitivnog redosleda izme|u mesta ugradwe za{tite i mesta kratkog spoja. Relativni dosezi za razne sisteme merewa mogu da se vide u tabeli 4.3. Tabela 4.3 pokazuje, da je sistem V2-F2 dobar za merewe impedanse tako {to se kod kratkih spojeva bez dodira zemqe primewuje merewe po {emi V2, a kod kratkih spojeva sa zemqom po {emi F2. Na ovaj na~in relativni doseg za{tite je uvek 1, tj. za{tita kratke spojeve razli~ite vrste meri na istoj udaqenosti. Pode{ena impedansa za svaku vrstu kratkog spoja zna~i granicu merewa za{tite na istom mestu, tj. isti doseg. Jasno je da je merewe po V1 i F1 jednostavnije, jer na strujnoj strani ne tra`i pravqewe razlike ili zbira faznih struja (komutaciju veli~ina) zbog ~ega se u

64 Tabela 4.3 Relativni doseg Oznaka {eme V1 F1

Jedna~ina merewa (skalirawa)

Relativni doseg uz pretpostavku kratkog spoja 3F 2F FN

Zé =

U CB 2I C

2 3

≈1

Zé =

UA 2I A

2

*

2( I1 + I 2 + I 0 ) , I1 + I 2 + I 0 ( Z 0 / Z1 )

kod jednostranog napajawa: 6 , 2 + ( Z 0 / Z1 )

V2 F2

U CB IC − IB UA Zé = , I A + α 3I 0 Zé =

1

1

1

-

-

1

1

* Pribli`no: L2 F ≈

0,577 + 0,288

Z m2 j (ϑm2 +60o −ϑ1 ) e Z1

jednostavnom slu~aju primewuje sistem merewa V1-F1, npr. kod jednostepenih impedantnih za{tita (v. ta~ku 4.5), a ta~an, ali slo`eniji sistem V2-F2 se primewuje kao merni ~lan daqinske za{tite (v. ta~ku 4.6).

4.5. Jednostepena impedantna za{tita U slu~aju problema sa pode{ewem prekostrujnih releja koriste se jednostepene daqinske za{tite. Poznate su tri izvedbe: a) za{tita koja je podesna za mre`u sa neefikasno uzemqenim zvezdi{tem, sa sistemom merewe prema {emi V1 iz ta~ke 4.4. Skica za{tite se vidi na slici 4.21. Za{tita mo`e pouzdano da oseti samo kratke spojeve 3F i 2F. Relativni doseg kod dvofaznog kratkog spoja 2F je 1, a kod trofaznog 3F je 2 / 3 =1,15. Zbog toga se za{tita pode{ava prema slici 4.22 na osnovu slede}ih jedna~ina: ako za{tita treba u svakom slu~aju da dosegne do udaqenosti Zx, onda je:

(1 − ε ) Z be L2 F ≥ Z x i ako sigurno ne treba da prema{i Zy, onda je:

(1 + ε ) Z be L3F ≤ Z y Obe jedna~ine zajedno daju uslove pode{ewa:

3 Zy Zx ≤ Z be ≤ (1 − ε ) 2 (1 + ε )

(4.23)

65

b) Slika 4.21. Jednostepena impedantna za{tita za mre`u sa neefikasno uzemqenim zvezdi{tem a) krugovi naizmeni~ne struje; b) jednosmerni krugovi

Slika 4.22. Doseg i uslovi pode{ewa impedantnih za{tita

Za{tita ne sme da se pobudi kod pogonskog optere}ewa. Po{to za{tita meri po jedna~ini Uv /2 If , minimalna impedansa je:

Z ü min =

Uv 3 U v2 = . 2 I ü min 2 S ü max

( U v najmawi linijski napon, indeks

ü

se odnosi na pogonske veli~ine)

66 Za{tita treba tako da se podesi, da ako se pobudi na kratki spoj izvan {ti}ene deonice, onda treba da se razbudi nakon prestanka kratkog spoja bez obzira na prisutno preoptere}ewe. To zna~i da treba se uzme u obzir odnos dr`awa kt impedantnog releja:

(1 + ε )

Z be ≤ Z ü min kt

tj.

kt 3 U v2 Z be≤ 1 + ε 2 S ü max

(4.24)

gde su Zü min , Iü min - minimalna pogonska impedansa odnosno struja, Uv -najmawi linijski ili me|ufazni napon u normalnom pogonu, Sümax najve}a pogonska prividna snaga uzimaju}i u obzir slu~ajeve smetwi u pogonu; ε −sigurnosni faktor (oko 0.2); kt odnos dr`awa impedantnog releja (oko 0.8). b) za{tita pojednostavqene izvedbe koja je pogodna za primenu u mre`i sa efikasno uzemqenim zvezdi{tem prema {emi F1 iz ta~ke 4.4. Skica za{tite se vidi na slici 4.23.

iskqu~ewe prekida~a

Slika 4.23. Jednostepena impedantna za{tita za efikasno uzemqenu mre`u a) krugovi naizmeni~ne struje; b) krugovi jednosmerne struje

Relativni doseg za{tite prema tablici 4.3. u slu~aju trofaznog kratkog spoja 3F je 2, a u slu~aju zemqospoja FN je promenqiv. U slu~aju dvofaznog kratkog spoja 2F merewe je u principu nepravilno, ali uz pomo} izraza L2F iz tablice 4.3. i ova vrsta kratkog spoja mo`e se obuhvatiti. U slu~aju jednostranog napajawa, ako je Z0/Z1 =3, onda je L2F =1.2. U op{tem slu~aju na osnovu detaqnog prora~una pomo}u jedna~ina iz tabele 4.3 mo`e da se odredi maksimalna i minimalna vrednost relativnog dosega za{tite. Mo`e da se doka`e [53], da je u praksi (izuzev slu~aja za{tite koja je postavqena u krajwoj ta~ki i koja se napaja samo komponentama nultoga redosleda) vrednost relativnog dosega izme|u 1 i 2.

67

Slika 4.24. Slika op{teg dosega i uslovi pode{ewa jednostepene impedantne za{tite

Pode{ewe za{tite prema napred iznetom stavu a) i na osnovu slike 4.24:

1 Zx 1 Zy ≤ Z be ≤ Lmax 1 + ε Lmin 1 − ε razbu|ivawe od pogonske struje, uzimaju}i u obzir faktor

Z be ≤

2 v

kt 1 U 1 + ε 2 S ü max

(4.25) 3 zbog merewa Uf/If:

(4.26)

Za{tita u op{tem slu~aju netreba da se pobudi zbog znatnih pogonskih struja koje teku u zdravim fazama prilikom kratkog spoja FN. Naravno sada ne treba uzeti u obzir odnos dr`awa, jer treba da se spre~i pobuda a ne da se razbudi pobu|eni relej:

Z be ≤ 0.8

Uf . 2 I épf max

(4.27)

U jedna~inama (4.25)-(4.26 ) Zbe -je impedansa koja treba da se podesi; Lmin i Lmax minimalni i maksimalni relativni doseg koji se odnosi na uslove za{tite; Zx - uslov minimalnog pode{ewa za{tite (za{tita treba da dosegne dotle); Zy - uslov maksimalnog pode{ewa za{tite (za{tita ne sme da dosegne preko te vrednosti); ε − sigurnosni faktor (0.2); kt- odnos dr`awa (oko 0.8); Uv najmawi pogonski linijski napon; Uf - najmawi pogonski fazni napon; Sümax -najve}a pogonska prividna snaga uzimaju}i u obzir i slu~ajeve smetwi u pogonu; Iépfmax najve}a struja u zdravim fazama prilikom kratkog spoja FN (komponenta struje u pogonu i struje kratkog spoja). c) Izvedba za{tite sa komutacijom koja je u osnovnom polo`aju pogodna da meri prema {emi V1 u ta~ki 4.4 ali pod uticajem struje nultog redosleda koja mo`e da se meri u nultom krugu strujnih transformatora prebacuje se na {emu F1. Skica za{tite mo`e da se vidi na slici 4.25. Za{tita sa komutacijom treba da se podesi za kratke spojeve 3F i 2F prema (4.23), a za FN prema (4.25). Nepobu|ivawe pogonskom strujom treba da se uradi prema jedna~ini (4.24) koja se razlikuje od (4.26) za faktor 3 , jer u osnovnom polo`aju (kod pogonskih optere}ewa) nema struje I0. Spre~avawe pobude od struja u zdravim fazama treba da se osigura prema jedna~ini (4.27).

68

b)kola jednosmerne struje Slika 4.25. Jednostepena impedantna za{tita sa komutacijom za mre`u sa efikasno uzemqenim zvezdi{tem a) kola naizmeni~ne struje; b) kola jednosmerene struje

4.6. Distantna za{tita Distantna za{tita je usmerena vi{estepena za{tita na principu merewa impedanse koja je razvijena za za{titu om~astih mre`a.

4.6.1. Glavni delovi distantne za{tite Za{tita se sastoji od slede}ih glavnih delova: pobudni (poticajni) ~lanovi; sistem za prebacivawe {eme merewa (komutaciju) kod za{tita sa jednim mernim ~lanom; impedantni merni ~lan; usmereni ~lan snage; vi{estepeni vremenski relej; ~lan za davawe naloga. Zadatak pobudnog ~lana je da razlikuje normalno pogonsko stawe od stawa sa kratkim spojem i da pobu|uje, stavqa u akciju ostale delove za{tite. Istovremeno on treba da pokrene vi{estepeni vremenski ~lan, koji prebacuje merni sistem na vi{e stupweve, odabire fazu u kratkom spoju i odre|uje doseg za{tite kao udaqene rezerve. Pode{ewe pobudnog ~lana odre|uje koliko preoptere}ewe mo`e da se dozvoli na {ti}enom elementu. Pobudni organi mogu da budu prekostrujni releji, impedantni releji, eventualno impedantni releji sa specijalnom karakteristikom: pomereni krug, elipsa ili so~ivo itd., koji treba da se podese prema ta~ki 4.3, odnosno 4.5. U sredwenaponskoj om~astoj mre`i u op{tem slu~aju zadovoqava prekostrujni pobudni ~lan. U visokonaponskoj mre`i sa uzemqenim zvezdi{tem zbog te{ko}a u pode{ewu uvek je potreban impedantni pobudni ~lan i ~esto je potrebno primeniti impedantne releje sa specijalnim, su`enim karakteristikama, koji su neosetqive na podru~ja optere}ewa (v. sliku 4.3). Prora~un pode{ewa specijalnih releja sadr`an je u detaqnim opisima za{tita.

69

Slika 4.26 Pokin (Póka) vektorski dijagram Ako U0 pada u dato podru~je onda je nastao upisan kratak spoj (v. [56]). Referentna faza: A

Slika 4.27. Mho-karakteristika

Ako pobudni ~lanovi u mre`i sa efikasno uzemqenim zvezdi{tem u slu~aju kratkog spoja FN ne mogu pravilno da razlu~e koja je faza u kratkom spoju, ~ak ni sa impedantnim relejima koji imaju su`enu karakteristiku, onda nezavisno od stawa mre`e, pravilno odre|ivawe faze u kratkom spoju mo`e da se postigne ugaonim relejima koji imaju podru~je merewa +30o. Na osnovu Pokinog vektorskog dijagrama [56], tj. na osnovu polo`aja vektora U0 (ili sa wime konformne I0= U0/Z0) u odnosu na trougao fazora odre|uje se koja je faza u kratkom spoju - FN, odnosno 2FN. Ometaju}i uticaj prelaznih otpora na mestu kvara mo`e da se ukloni automatskim otvarawem podru~ja pobude od +30o pod dejstvom pada napona (v. detaqno u ta~ki 7.2.5). Pobu|ivawe pobudnih ~lanova u istoj fazi uvek je uslov da merni ~lan da nalog za iskqu~ewe, jer ovaj princip u pojedinim kriti~nim slu~ajevima [49] spre~ava pogre{no delovawe daqinske za{tite za kratke spojeve iza le|a za{tite. Zadatak impedantnog mernog ~lana je da utvrdi da li je kratak spoj nastao u zoni pode{enog stepena. Ako je kvar unutar zone, on daje nalog za iskqu~ewe, a ako je kvar izvan treba da blokira. Po{to merni ~lan ovu logi~ku odluku treba da ostvari bez gre{ke, potrebno je odabrati takvo merewe impedanse, koje }e za sve tipove kratkih spojeva uzeti istu granicu pode{ewa, tj. relativni doseg za{tite }e biti uvek 1. Ovo je prema poglavqu 4.4. slu~aj sa na~inom merewa V2-F2. Na ovaj na~in karakteristi~na stepenasta karakteristika daqinske za{tite, koju merni ~lan ostvaruje vi{estepenim vremenskim relejom (slika 4.28a), ista je za svaku vrstu kratkog spoja. Na karakteristiku uti~e samo me|unapajawe i prelazni otpor na mestu kvara.

70 Zadatak usmerenog ~lana snage kratkog spoja je da daqinskoj za{titi omogu}i davawe naloga za iskqu~ewe samo onda kada je kratak spoj nastao na {ti}enom elementu. Dakle, onda kada je snaga kratkog spoja usmerena prema {ti}enom elementu, a u suprotnom treba da blokira. Razne metode i problemi odre|ivawa smera snage kratkog spoja detaqno su obra|eni u ta~ki 4.2. Merni ~lan i usmereni ~lan mogu da se ostvare u jednom impedantnom releju sa tzv. mhokarakteristikom (slika 4.27 detaqno u [52], u ta~ki 8.4.6 kod ekstrapolacije za{tite). Zadatak ~lana za davawe naloga je poja~awe kontakata mernih releja, da bi mogli da izdr`e struju za iskqu~ewe prekida~a i umno`avawe kontakata za druge zadatke (automatsko pokretawe, signalizacija, istovremeno iskqu~ewe vi{e prekida~a itd.). Kao ~lan za davawe naloga ranije su se koristili brzi pomo}ni releji, a danas se koriste releji sa feromagnetnim kontaktom u vakuumu u staklenoj cev~ici, tzv. rid releji (reed relay).

4.6.2. Prora~un pode{ewa stepena daqinske za{tite Formirawe stepena daqinske za{tite koje se vidi na slici 4.28b, treba da se ostvari prema slede}im logi~kim gledi{tima i metodama. Zadatak prvog stupwa je da ostvari za{titu {ti}enog voda bez vremenske zadr{ke na {to ve}oj du`ini. Pode{ewe prvog stepena ZV1 za{titeV ima rasipawe ε, {to je prouzrokovano neta~no{}u releja, gre{kama u preslikavawu naponskih i strujnih mernih transformatora i nesigurno{}u poznavawa podataka. Zbog toga vrednost ZV1 ~ak i u slu~aju maksimalnog pozitivnog rasipawa ne sme da dose`e preko sabirnica B, da nebi u slu~aju kratkog spoja Z delovala pre za{tite W koja {titi elemenat na kome je nastao kvar, tj:

(1 + ε ) Z V1 ≤ Z AB iz ovoga sledi jedna~ina pode{ewa stepena:

Z V1 ≤

1 Z AB 1+ ε

(4.28)

Rasipawe ε u praksi je 0.15, tj. 15%. Ako se impedansa dalekovoda ta~no izmeri pre stavqawa u pogon, tada vrednost za ε mo`e da bude 10%. Minimalni uslov drugog stepena proizilazi iz onog razmi{qawa, po kome drugi stepen treba sa sigurno{}u da {titi deonicu dalekovoda koja nije {ti}ena u prvom stepenu, sve do sabirnica B, tj. i u slu~aju maksimalnog negativnog rasipawa impedansa drugog stepena ZV2 treba da bude ve}a od impedanse ZAB:

(1 − ε ) Z V2 ≥ Z AB tj. minimalni uslov:

Z V2 ≥

1 Z AB 1− ε

(4.29)

U nejedna~ini 4.29 u slu~aju ε =0.15 vrednost 1/(1- ε)=1.18, pa je preba~aj merewa 18%. Kako u ovom slu~aju treba da se uzme u obzir i otpor na mestu kvara, uobi~ajeno da se ra~una sa preba~ajem merewa 30% (ε =0.23), tj. 1/(1- ε)=1.3. Impedansa drugog stepena treba da zadovoqi i dva maksimalna uslova. Jedan proisti~e iz uslova selektivnosti po kome ne sme da do|e do preklapawa sa krajem osnovnog stepena (predwim delom drugog stepena) slede}e za{tite W. Ovo preto~eno u matemati~ki oblik uz pomo} rasipawa ima izgled:

(1 + ε ) Z V2 ≤ Z AB + (1 − ε ) Z W1 ili napisano u drugom obliku, maksimalni uslov je :

Z V2 ≤

Z AB 1 − ε + Z W1 1+ ε 1+ ε

(4.30)

71

Slika 4.28a. Primer za stepenastu karakteristikut=f(l) odnosno t=f(Z) za{tite

daqinske

Slika 4.28.b. Uslovi pode{ewa distantne za{tite. Ako je za ZW1 ostvareno pode{ewe prema 4.28, onda jedna~ina 4.30 dobija oblik:

Z V2 ≤

1− ε Z AB Z BC + 1 + ε (1 + ε ) 2

Drugi maksimalni uslov pode{ewa drugog stupwa je, da drugi stepen za{tite V, koji se jo{ mo`e smatrati brzim, jer je u op{tem slu~aju zategnut samo jednim selektivnim intervalom ne dose`e do sekundarne strane (odnosno sekundarnih strana) transformatora ~iji je primar vezan na sabirnice B. Po{to se unutra{wi kvar transformatora iskqu~uje trenutnim delovawem uvek primewene Buholc za{tite i ~esto kori{}ene diferencijalne za{tite, drugi stepen je u odnosu na ove selektivan,

72 ali pod uticajem sabirnica K Uslov:

na sekundarnoj strani ~esto je vremenski zategnut.

(1 + ε ) Z V2 ≤ Z AB + Z tr tj. drugi maksimalni uslov je:

Z V2 ≤

1 Z AB + Z tr 1+ ε 1+ ε

(4.31)

Ako se transformator {titi dvostepenom prekostrujnom za{titom i ne koristi se ni Buholc (Buchholc) za{tita, umesto Ztr dolazi deo impedanse Zmin koja je {ti}ena brzim stepenom dvostepene prekostrujne za{tite, dakle trenutnim delovawem. Ovaj uslov mo`e da se odredi, tako {to se ra~una sa minimalnim uslovom (maksimalnom impedansom Zm iza le|a za{tite) i vrstom kratkog spoja koji daje minimalnu struju. Vrednost struje kratkog spoja bi}e ba{ vrednost pode{ewa brzog stepena (Ibe) koja je pove}ana maksimalnom pozitivnom gre{kom εi. Matemati~ka veza npr. za kratki spoj sa neefikasno uzemqenim zvezdi{tem, gde minimalnu struju daje kratak spoj 2F (v. ta~ku 4.3.4) glasi:

I z min =

Uf 3 = (1 + ε i ) I be 2 Z m + Z min

Z min =

3 Uf − Zm. 2 (1 + ε i ) I be

odavde: (4.32)

Ovo treba da se uvrsti u jedna~inu 4.31 umesto Ztr. Drugi stepen treba da se podesi izme|u maksimalnih i minimalnih uslova. Me|utim ~esto se dolazi do suprostavqenih zahteva selektivnosti, tj. jedan maksimalni uslov je mawi nego minimalni uslov. Do ovoga npr. dolazi onda kada na slici 4.28 posle dalekovoda AB dolazi u pore|ewu sa wim kratak dalekovod BC, pa na mestu E dolazi do suprotnih zahteva selektivnosti. U ovom slu~aju je postupak slede}i: a) Ako se na sabirnicu koja povezuje dva uzastopna posmatrana dalekovoda vezuju i drugi dalekovodi ({to je i naj~e{}e slu~aj) onda dolazi do me|unapajawa koje je obra|eno u odeqku 3.1.3 u vezi sa slikom 3.6c. Ako se ovo uzme u obzir, onda u ve}ini slu~ajeva mo`e da se re{i problem konflikta selektivnosti. Prilikom konkretnog prora~una u obzir treba da se uzme nepovoqniji slu~aj, kada je od strane posmatranog elementa najve}e napajawe (maksimalno pogonsko stawe iza le|a za{tite), a istovremeno su iskqu~eni ostali vodovi koji realno mogu da napajaju sabirnicu. Uticaj me|unapajawa treba da se ra~una pomo}u jedna~ina merewa iz 4.4 poglavqa. Celishodno je uraditi prora~un sa vi{e varijanata.

a)

b)

Slika 4.29. Re{ewe konflikta selektivnosti.

73 b) Ako se i pored uzimawa u obzir me|unapajawa prema ta~ki a) ne mo`e da re{i selektivnost, onda treba da se primeni jedno od re{ewa na slici 4.29. Prema slici a), ako je jedan vod (BC) veoma kratak, onda ga treba {tititi podu`nom diferencijalnom za{titom sa trenutnim delovawem. U ovom slu~aju npr. drugi stepen za{tite V se ne prilago|ava prvom stepenu za{tite W, nego kraju prvog stepena za{tite R. Problem prema slici b) se re{ava tako da se drugi stepen za{tite V zategne dvostrukim selektivnim intervalom 2∆t. Na taj na~in bez obzira na konflikt selektivnosti na mestu H jo{ uvek postoji jedan selektivni interval za ostvarewe selektivnosti. Prora~un pode{ewa tre}eg i vi{ih stepena obi~no se ne radi, jer spomenuto me|unapajawe uveliko mewa wihov doseg. Wihovo pode{ewe se vr{i na osnovu koncepcija koje su usvojene za sistem ili se prilago|ava lokalnim specifi~nostima.

4.6.3. Uticaj prelaznog otpora na mestu kvara Dinstantna za{tita se ta~no dr`i svoje stepenaste karakteristike, jer weni merni elementi mere na osnovu jedna~ina iz tablice 4.1. Zbog toga je relativni doseg za{tite 1, tj. za{tita u slu~aju bilo koje vrste kratkog spoja meri impedansu pozitivnog redosleda izme|u mesta ugradwe za{tite i mesta kratkog spoja. ^isto merewe mo`e da bude ometano prelaznim otporom na mestu kvara, otporom luka i otporom uzemqewa. Prema Varingtonu (Warrington) [72] otpor luka u trenutku kratkog spoja sa dobrom ta~no{}u iznosi: Rív ≈

28700l I 1,4

(4.33)

gde je l -du`ina luka, I -struja kratkog spoja, A Ako je za{tita vremenski zategnuta, luk }e se {iriti i vrednost otpora RÐv mo`e vi{estruko da poraste. Kod zemqospoja i otpor uzemqewa Rf na mestu kvara mo`e da bude znatan. Naravno u slu~aju kratkog spoja u stanici ili kod kabla wegova vrednost je mala, ali kod kratkih spojeva na dalekovodima, ako kratak spoj nastane na dalekovodnom stubu, otpor uzemqewa stuba od 10...15 Ω ve} mo`e veoma da smeta, pa i da prouzrokuje pogre{no delovawe. U mre`i sa efikasno uzemqenim zvezdi{tem za{titno u`e (provodnik) koje je paralelno vezano sa uzemqewem stubova za jedan ili dva reda veli~ine smawuje ovu vrednost, te i u slu~aju pogre{nog uzemqewa stuba otpor uzemqewa Rf ostaje u granicama. Otpor luka zajedno sa otporom uzemqewa daje prelazni otpor na mestu kvara (Rh). U slu~aju dvostranog napajawa wegovu vrednost pove}ava me|unapajawe. Na osnovu slike 4..30. I npr. za{tita V otpor na mestu kvara Rh vidi kao Rh' = v Rh (u slu~aju istovetnog napajawa Ih kao dva puta ve}i).

Slika 4.30. Izobli~eno meren otpor na mestu kvara

Prelazni otpor na mestu kvara mo`e da prouzrokuje smawewe dosega daqinske za{tite. Doseg za{tite V na slici 4.31. u drugom stepenu je do ta~ke A, ako je R'h=0. Kod nastanka R'h rezultantna impedansa Ze izlazi izvan kru`ne karakteristike, pa za{tita ne}e raditi. Kada kvar nastane na deonici V-B, B }e biti nova granica stepena, po{to ZB+Zh=Zf pada upravo na karakteristiku.

74

Slika 4.31. Smawewe dosega stepena zbog prelaznog otpora na mestu kvara

Ova nepravilnost u radu mo`e da se ukloni, odnosno da se smawi wen uticaj pomo}u ~etiri metode: a) Za{tita treba da bude bez vremenske zadr{ke ili sa veoma malom zadr{kom, pa otpornost luka ne}e sti}i da znatnije poraste sa vremenom. b) Pove}awe sigurnosnog faktora kod minimalnih uslova u ciqu kompenzovawa prelaznog otpora na mestu kvara.

Slika 4.32. Karakteristike mernog ~lana koje su kompenzovane na uticaj luka [rafirano podru~je: rezultantna otpornost {ti}enog podru~ja i prelaznog otpora na mestu kvara; a) pomerawe sredi{ta u pozitivnom smeru R ose; b) pomerawe mhokarakteristike; c)reaktantni relej

c) Primena karakteristike koja nije osetqiva na prelazni otpor kvara (kompenzacija luka, slika 4.32c). Zajedni~ka osobina karakteristika je, da bez obzira da li je kratak spoj metalan (R'h) ili zbir impedanse na granici stepena i R'h ostaje na karakteristici (deonica A-E). Karakteristika kompenzovana na luk koja se {iri u pravcu R ose treba da se strmo zatvori u pravcu R ose npr. pobudnim ~lanovima (slika 4.32 c) ili samom karakteristikom mernog ~lana, da ne bi dolazilo do pogre{nih pobu|ivawa na struje preoptere}ewa i wihawe.

75 d) Ako je prelazni otpor na mestu kvara ekstremno veliki, npr. grana dodiruje provodnik, provodnik je pao na suv pesak ili na stenu, zbog stenovitog tla otpor uzemqewa pojedinih stubova je veliki itd., poma`e primena u op{tem slu~aju osetqivih prekostrujnih releja za struje nultog redosleda, koji su pode{eni na malu struju. Ovi releji kao dopunski elementi daqinske za{tite dopuweni su usmerenim relejem snage nultog redosleda, sa malom vremenskom zadr{kom i veoma ~esto vezom za prenos logi~kih informacija da-ne. Ovo posledwe daje karakteristiku podu`ne diferencijalne za{tite.

4.6.4. Uticaj dvostrukog dalekovoda na merewe kvara Merni ~lan daqinske za{tite kratki spoj FN meri na osnovu jedna~ine Zm =

Uf I f + α 3I 0

, gde je

α=

ZV 0 / ZV 1 − 1 3

(tablica 4.1., F2). Ovo je ta~no merewe, kada je Zm - u slu~aju metalnog kratkog spoja - uvek jednaka sa impedansom pozitivnog redosleda izme|u mesta ugradwe za{tite i mesta kratkog spoja. U slu~aju dvostrukog dalekovoda struja I0k koja te~e u paralelnom vodu indukuje napon u drugom, pa se napon faze mewa za vrednost ∆Uf= I0k Z0m gde je Z0m -me|usobna impedansa nultog redosleda, koja je oko 2 Z1. Promene u raznim pogonskim stawima su razli~ite. Ako je samo jedan vod u pogonu (slika 4.33a), onda je ∆Uf = 0 i za{titaV meri kao da je vod jednosistemski. U slu~aju paralelnog rada (slika 4.33b) kratak spoj na suprotnom kraju voda ∆Uf pove}ava fazni napon koji vlada kod za{tite V i na taj na~in i merenu impedansu. Zbog toga se doseg za{tite povla~i, pa mo`e da se desi da se kratak spoj Y ne mo`e da izmeri ni u drugome stepenu. Ako je paralelni vod uzemqen na oba kraja zbog odr`avawa (slika 4.33c), onda ∆Uf smawuje napon Uf koji vlada kod za{tite V. Zbog toga se smawuje merena impedansa, doseg za{tite se {iri, i mo`e da se desi, da za{tita V izmeri kratak spoj koji nastane na tu|em vodu (npr. Z ) neselektivno u prvom stepenu. Mada za{tita V i kod uklopnog stawa sa slike 4.33d meri umawenu vrednost, ovaj preba~aj merewa ne mo`e da prouzrokuje neselektivno delovawe, pa ne mora da se uzme u obzir.

a)

b)

a) b) c) d)

c)

jednostruki vod dvostruki vod paralelni vod je uzemqen dvostruki vod, ali kratak spoj je na iskqu~enom kraju jednog voda

d)

Slika 4.33. Izobli~ewe merewa kod dvostrukog dalekovoda

Postoji vi{e metoda za re{avawe ovog problema (v. detaqno u [53], u ta~ki 3.6.7). Slika 4.34. pokazuje metodu koja se dobro pokazala u praksi: pomo}u prora~una sa vi{e varijanata mo`e da se utvrdi najve}a mogu}a vrednost merene impedanse kratkog spoja i sa sigurno{}u

76

Slika 4.34. Korekcija stepena u ciqu kompenzovawa uticaja kod dvostrukog dalekovoda

mo`e da se produ`i drugi stepen za{tite V (~esto se pode{ava 150%). Istovremeno treba da se izra~una najmawa vrednost impedanse koja mo`e da se meri u slu~aju nastanka kratkog spoja na po~etku tu|eg voda i prvi stepen treba da se sa sigurno{}u podesi na mawu vrednost (npr. na 65%). Ako se za{tita dopuni sa nekom od metoda iz odeqka 4.6.6. onda }e se obezbediti trenutan rad za{tite na celoj du`ini voda. [to se ti~e jednostavnosti ova metoda se mo`e smatrati najboqom.

4.6.5. Uticaj wihawa snage Releji koji rade na principu merewa impedanse - tako i distantne za{tite - mogu da rade pogre{no kod pojave wihawa snage ve}eg obima i kod asinhronog rada. Ove odnose razmatra vi{e autora (npr. [26] i [53]). Prikaza}emo samo najbitnija gledi{ta. Za{tite koje su sme{tene na razli~itim mestima u mre`i u zajedni~kom radu, koja povezuje dve elektrane, u normalnom pogonu mere odre|enu pogonsku impedansu, zavisno od topologije mre`e, od raspodele potro{a~a i od veli~ine napona elekrana, te od ugla (δ) izme|u wih. Ova impedansa je pribli`no jednaka koli~niku nazivnog napona koji vlada na mestu ugradwe za{tite i struje optere}ewa koja te~e kroz wu shodno jedna~ini merewa (v. ta~ku 4.4). U op{tem slu~aju ova impedansa ima veliku vrednost, ve}u od pode{ene impedanse pobude na za{titi. Ako negde u mre`i nastane kratak spoj, do}i }e do iskqu~ewa od za{tite, pa ponovno iskqu~ewe, zbog ~ega, shodno odeqku 2.8.2, ugao izme|u napona dveju elektrana u odnosu na normalni pogon bitno poraste, a zatim nakon zavr{etka pojave novi ugao δ nastaje putem oscilovawa (wihawa). Ako ugao δ pre|e 180o, dolazi do gubitka tranzijentne stabilnosti. Slika 4.36. prikazuje odnose dveju ma{ina i jednog idealnog voda (R ≈ 0) koji ih povezuje: zakretawe naponaUA i UB pokre}e struju koja je normalna na diferencijalni napon. U slu~aju da je δ =180o u ta~ki koja odgovara polovini impedanse UK =0, struja je najve}a, te je pojava takva kao da je u ovoj ta~ki nastao trofazni metalni kratak spoj. Ista je situacija i u mre`i na slici 4.35., prividni kratak spoj nastupa istovremeno na vi{e mesta. Za{tite }e ovo izmeriti kao kratke spojeve i da}e nalog za iskqu~ewe. Prilikom wihawa, kada je δ ≠ 180o, ali privremeno dosti`e veliku vrednost, u ta~ki (ta~kama) K }e biti impedansa najmawa, te kod za{tita koje su ugra|ene u wenoj blizini mo`e da do|e do nepotrebnog iskqu~ewa.

Slika 4.35. Pojednostavqena slika mre`e za ispitivawa merewa pri wihawu

77

Slika 4.36. Situaciona slika prilikom merewa wihawa

Slika 4.37. Impedanse koje mere za{tite V1, V2,V3, i V4 (tzv. krive wihawa).

78 Pomo}u detaqne matemati~ke analize mo`e da se doka`e (v. [19] i [53]), da za{tite koje su ugra|ene u razli~itim ta~kama slike 4.35 u stvari mere impedansu prema slici 4.37. Na slici su obele`ena podru~ja koja su karakteristi~na za ugao zakretawa (normalni pogon, podru~je wihawa, asinhrono podru~je). Za svaku za{titu u svakoj mre`i mo`e da se nacrta dati ugao wihawa. Merena impedansa mo`e da se na|e izme|u koordinatnog po~etka i odgovaraju}e karakteristi~ne ta~ke, npr. za{tita meri impedansu Z1, ako ugao izme|u UA i UB iznosi 120o.

Slika 4.38. Osetqivost raznih karakteristika na wihawe Zasen~eno podru~je: rezultantni otpor {ti}enog podru~ja i prelaznog otpora na mestu kvara; deo obuhva}en velikom zagradom deo karakteristike wihawa unutar karakteristike za{tite.

Za{tite ne smeju pogre{no da se pobude pri wihawu. Zbog toga se u op{tem slu~aju se koriste impedantni releji ~ija je karakteristika su`ena u pravcu R ose. Npr. karakteristika sa slike 4.38a je osetqiva na wihawe jer se zna~ajan deo krive nalazi unutar karakteristike iskqu~ewa. Karakteristika 4.38b je ve} boqa, a slika 4.38.c prikazuje veoma su`enu karakteristiku, koja istovremeno dobro obuhvata zasen~enu oblast zbira impedanse voda i prelaznog otpora na mestu kvara. U naro~itim slu~ajevima u sklopu daqinskih za{tita, ugra|uje se specijalan ure|aj, tzv. ure|aj protiv wihawa (v. [53] strana 139-144).

4.6.6. Ukidawe vremenske zadr{ke iskqu~ewa od osnovne za{tite Rezultat formirawa selektivne karakteristike daqinske za{tite za kvarove koji nastanu do 85% du`ine voda je trenutno iskqu~ewe, a za preostalih 15% je iskqu~ewe sa vremenskom zadr{kom. Po{to je situacija ista i u odnosu na suprotan kraj voda, sa oba kraja sa trenutnim iskqu~ewem kvar }e biti otklowen samo sa 70% sredi{weg dela voda, a ukupno na 30% voda sa jednog kraja bi}e vremenski zategnuto iskqu~ewe od osnovne za{tite. Ovo ne mo`e da se dozvoli na modernim visokonaponskim dalekovodima zbog opasnosti od havarija s jedne strane, zbog opasnosti poreme}aja tranzijentne stabilnosti s druge strane. Na raspolagawu nam stoje vi{e metoda za otkalawawe vremenske zadr{ke daqinske za{tite. Izbor je veoma velik. Najpovoqnije re{ewe treba da se odabere prema mesnim mogu}nostima i prilikama. Re{ewa u osnovi mogu da se dele u dve grupe: re{ewa koja ne tra`e vezu izme|u dve ta~ke i re{ewa koja zahtevaju pouzdani telekomunikacioni kanal (VF ure|aj, pomo}ni kabel, mikrotalasni ure|aj).

79 A) Re{ewa bez kanala veze 1. Primena produ`ewa je mogu}e onda, kada pored za{tite funkcioni{e automatsko ponovno ukqu~ewe. Po ovoj metodi za{tita u osnovnom polo`aju hvata preko du`ine dalekovoda koja je {ti}ena trenutnim delovawem (slika 4.39. za{titaV isprekidana karakteristika t). Za{tita na sve kratke spojeve koji nastanu na vodu reaguje sa trenutnim delovawem. Ovo naravno zna~i gre{ku u selektivnosti, jer na kratki spoj K osim nadle`ne za{tite W iskqu~uje i za{tita V. Zbog ove ~iwenice za vreme automatskog ponovnog ukqu~ewa karakteristika t treba da se vrati na selektivnu karakteristiku sz. Nakon drugog iskqu~ewa za{titaV i na kvar Z i na kvar K deluje sa vremenskom zadr{kom, dok za{tita W kvar K iskqu~uje trenutnim delovawem selektivno.

Slika 4.39. Produ`ewe

Produ`ewe mo`e da bude naponski upravqeno, tj. ako se nakon iskqu~ewa, u toku beznaponske pauze na vodu pojavi napon, to zna~i da je kratak spoj na tu|em elementu, pa se produ`ivawe mewa na selektivnu karakteristiku. U suprotnom slu~aju produ`ivawe ostaje stalno (permanentno). 2. Stepenasto ponovno ukqu~ewe selektivni interval vremena pribli`no "preme{ta" u vreme beznaponske pauze ponovnog ukqu~ewa. Na slici 4.40a mo`e da se vidi da za{titaV {titi vod A-B u stalno produ`enom stepenu i trenutnim delovawem. Naravno ona ne}e da radi selektivno prilikom nastanka kratkog spoja K, zajedno saV iskqu~i}e i prekida~ nadle`ne za{tite W . Po{to je vreme beznaponske pauze TV ponovnog ukqu~ewa automatike za{tite V sigurno ve}e za 1 s, od vremena beznaponske pauze TW, prvo }e ponovo ukqu~iti prekida~ u W i eventualno za kratki spoj koji se ponovo pojavquje kona~no iskqu~iti, pa tek nakon toga }e ukqu~iti prekida~ za{tite V, sada ve} sigurno uspe{no. Osnovni uslov ove metode je, da u toku beznaponske pauze bude napajawa u B, ina~e }e ponovno ukqu~ewe kod W biti bez prisustva napona, pa }e prilikom ponovnog ukqu~ewa kod V, u slu~aju trajnog kvara iskqu~iti i V i W.

Ponovno ukqu~ewe sa pove}anom beznaponskom pauzom

a) Slika 4.40. Stepenasto ponovno ukqu~ewe

Ovo stepenasto ponovno ukqu~ewe mo`e da se koristi i za druge potrebe kod konfiguracije sa tri ta~ke prema slici 4.40 b. Napojni sistem sabirnica A koje su otprilike u sredini voda za{tita S u slu~aju kratkog spoja Z, kao i za{tita W u slu~aju kratkog spoja X skoro ne mogu da mere zbog me|unapajawa (v. sliku 3.8). Zbog toga se za{tita V tako podesi, da bez obzira na bilo kakvo me|unapajawe, odmah oseti svaki kratak spoj i do sabirnica B, i do sabirnica C, te da iskqu~i odgovaraju}i prekida~, ~ak i neselektivno za kratke spojeve i iza B, odnosno iza C. Sada vod sa tri ta~ke postaje vod sa dva kraja, za{tite W i S mogu pravilno da rade, a zatim sledi ponovno ukqu~ewe u W i S . Posle ovoga }e ponovo ukqu~iti prekida~ za{titeV.

80 Ako je kratak spoj nastao preko sabirnica B, odnosno C, onda nadle`na za{tita R ili T - eventualno zajedno sa V - iskqu~uju kvar. Nakon ponovnog ukqu~ewa, ako kratak spoj ponovo postoji za{tite u R ili T }e kona~no iskqu~iti, me|utim za{tita u V ne}e, jer ponovno ukqu~ewe kod we je sa pove}anom beznaponskom pauzom, tj. posle eventualnog kona~nog iskqu~ewa od R ili T, wena automatika }e sigurno ponovo uspe{no ukqu~iti. Zajedni~ka crta u napred opisanim ta~kama a) i b) je ukidawa vremenske zadr{ke kod osnovnih za{tita , tako da se prvi kratki spoj iskqu~i dosta ~esto i neselektivno, ali nakon ponovnog ukqu~ewa, kod kratkog spoja koji se ponovo pojavquje deluju selektivno. 3. U slu~aju ponovnog ukqu~ewa sa kontrolom napona tako|e se primewuje stalno produ`ewe, ali se pored distantnog releja ugradi jedan tkz. diskretan senzor, koji }e se pobuditi samo onda ako je kratak spoj nastao blizu (mawe od 50% du`ine voda). Dosezi dva susedna senzora ne smeju da se dodiruju, jer }e onda na obema stranama izostati ponovno ukqu~ewe. Ova pobuda }e blokirati spontano ponovno ukqu~ewe ove strane i dozvoliti samo onda, ako je na drugoj strani ponovno ukqu~ewe bilo uspe{no, tj. na vodu se pojavio napon (v. 8. poglavqe).

B) Re{ewa koja zahtevaju kanal veze 1. Sinhronizacija za{tita, drugim imenom kontrolisano daqinsko iskqu~ewe iskori{}ava onu ~iwenicu da }e bar jedna od za{tita postavqenih na krajevima voda, koje su pode{ene na selektivnu karakteristiku sigurno reagovati trenutnim iskqu~ewem. Npr. na slici 4.41 na kratak spoj X delova}e obe trenutno, a na kratak spoj Z samo za{tita u W. Ako se informacija iz W prenese na drugu stranu kod V, onda }e i ona mo}i da iskqu~i trenutnim delovawem. Radi pove}awa sigurnosti iskqu~ewe od V uslovqava se wenom pobudom ili se premo{tava vremenska zadr{ka drugog stepena za{tite V. Za prenos naloga postoji potreba samo u slu~aju kvara na {ti}enom objektu. Metoda sa izuzetkom veoma kratkih vodova mo`e da se koristi u op{tem slu~aju. Na veoma kratkim vodovima zbog prelaznog otpora na mestu kvara mo`e da se desi da se prvi stepeni za{tita postavqenih na krajevima voda ne dodiruju, te tako sinhronizovawe za{tite u jednom podru~ju ne}e delovati.

spoja

Slika 4.41. Sinhronizacija za{tita (kontrolisano daqinsko iskqu~ewe)

Ako nalog ne stigne na drugi kraj voda, za{tite treba da rade po selektivnoj karakteristici, nekada sa vremenskom zadr{kom. Kod ukqu~ewa dalekovoda sinhronizovawe za{tita nije u funkciji. Ovo mo`e da se otkloni aktivirawem produ`ewa ili intervencijom pobude koja prouzrokuje iskqu~ewe. Izostala sinhronizacija mo`e da se nadoknadi tako {to }e se koristiti sopstveni nalog za sinhronizaciju pokrenut od strane logi~ke informacije iskqu~enog prekida~a sa drugog kraja i vra}en na polaznu stranu za ubrzawe polazne strane. Ovaj na~in se zbog toga zove {ema sa odjekom (eho-{ema). 2. Daqinska blokada za{tite, ili pod drugim nazivom sistem daqinske blokade mo`e da se koristi za svaki vod; bilo duga~ak, bilo kratak; ali se obi~no koristi za kratak vod. Za{tite na oba kraja u smeru napred mere {ti}eni dalekovod uz stalno produ`ewe i trenutni rad, ali raspola`u i jednim mernim ~lanom koji meri unazad

81 (na slici 4.42. isprekidana karakteristika). Na sopstveni kratak spoj sistem reaguje trenutnim radom. Ako u zoni produ`ewa, kratak spoj nastane na tu|em vodu, npr. na mestu K, onda za{tita W to vidi u suprotnom smeru i posla}e nalog za blokadu za{tite radi spre~avawa neselektivnog iskqu~ewa. Da za{tita V sigurno ne proradi na kratak spoj K, u maloj meri je potrebno da se zategne, da bi nalog za blokadu od za{tite W stigao na vreme. Potreba za prenosom naloga javqa se kada je kratak spoj izvan {ti}enog voda, {to ima prednosti. Ako nalog ne pro|e, za{tite }e ipak raditi sa karakteristikom produ`ewa stepena, dakle delimi~no neselektivno.

Slika 4.42. Sistem daqinske blokade

Slika 4.43. Sistem daqinske blokade sa dvostepenom karakteristikom

Vremenska zadr{ka osnovnog stepena sistema sa daqinskom blokadom mo`e da se ukine, ako se ne primewuje na kratkom vodu: karakteristike za{tite sa slike 4.43. su sa uobi~ajena dva stepena. Prvi stepen deluje trenutno, a samo drugi stepen je zategnut (npr. 50 ms).

Slika 4.44. Logika sa dozvolom naloga za iskqu~ewe

3. U slu~aju primene logike sa dozvolom naloga za iskqu~ewe karakteristike za{titeV i W skoro se stalno prekrivaju (slika 4.44), ali kod pobude samostalno ne daju nalog za iskqu~ewe svom prekida~u, ve} samo kada se pobudila i za{tita druge strane, te je o ovome poslala nalog na drugu stranu. Ovo zna~i da je nalog potrebno preneti kada je kvar na {ti}enome vodu.

Slika 4.45. Dozvola iskqu~ewa za drugi stupaw

82 Ako nalog ne pro|e na drugu stranu, izosta}e brzo iskqu~ewe. U ovom slu~aju, prekida~i iskqu~uju sa vremenskom zadr{kom od jednog selektivnog me|uvremena (t2). Ova metoda mo`e da se koristi na svakom vodu, ali je najcelishonija na kratkim vodovima. Pethodna gre{ka logike za dozvolu iskqu~ewa, u slu~aju kvara kanala veze, mo`e da se otkloni slede}om metodom. Prvi i drugi klasi~ni stepen se primewuju tako da prvi stepen "`ivi" samostalno, a drugi stepen je ukqu~en u logiku za dozvolu iskqu~ewa. Ako je kvar unutra{wi, signal dolazi sa drugog kraja voda. Na ovaj na~in za{tita }e raditi po isprekidanoj karakteristici. 4.7. Za{tite koje rade na diferencijalnom principu 4.7.1. Principi merewa, osnovni tipovi Osnovni princip merewa diferencijalne za{tite je da na osnovu upore|ivawa elektri~nih veli~ina koje vladaju na dvema grani~nim ta~kama utvr|uju da li je nastao unutra{wi kratki spoj, pa tada daju nalog za iskqu~ewe, ili spoqa{wi kratak spoj, kada blokiraju. Za{tita na diferencijanom principu imaj tri osnovne osobine: - na svaki unutra{wi kvar reaguju trenutnim delovawem, po{to su granice za{tite ta~no definisane (egzaktne); - potpuno su neosetqive na spoqa{we kratke spojeve, pa za wih ne predstavqaju rezervnu za{titu; - izme|u krajwih ta~aka {ti}enog elementa zahtevaju kanal za vezu.

Slika 4.46. Klasi~na diferencijalna za{tita - slika struja kod spoqa{weg kratkog spoja

Diferencijalna za{tita u praksi upore|uje slede}e veli~ine: a) Sabirawe struja. Na slici 4.46 se vidi principska {ema klasi~ne diferencijalne za{tite. Mogu se pratiti odnosi struja kod spoqa{weg kratkog spoja. U slu~aju ta~nog preslikavawa strujnih transformatora istog prenosnog odnosa sekundarne struje na releju se potiru, pa se relej ne pobu|uje. Na slici 4.47 u slu~aju unutra{weg kratkog spoja - bilo kod jednostranog, bilo kod dvostranog napajawa - kroz rele te~e struja. Kod dvostranog napajawa one se sabiraju, pa da }e se relej pobuditi. Prema slici 4.46, od ulazne struje oduzima se izlazna struja, pa je rezultat otprilike nula. Odavde poti~e naziv za{tite - diferencijalna za{tita. Skicirani princip za{tite mo`e da se primeni i za konfiguraciju sa vi{e krajwih ta~aka (sa vi{e napojnih ta~aka). Tada je celishodnije usvojiti iste pozitivne smerove za struje, npr. kod svakog strujnog transformatora smer prema {ti}enom elementu. Mo`e lako da se vidi da se za{tita bazira na I Kirhofovom (Kirchhoff) zakonu: ako je zbir ulaznih i izlaznih struja sa odgovaraju}im predznakom jednak nuli, onda je nastao spoqa{wi kratak spoj.U suprotnom, kroz relej te~e struja tj. postoji unutra{wi kratak spoj (slika 4.48)

83

Slika 4.47. Slika struja u slu~aju unutra{weg kratkog spoja kod klasi~ne diferencijalne za{tite

Slika 4.48. I Kirhofov zakon; na~elo upore|ivawa smerova struja

b) Upore|ivawe smerova struja. Za diferencijalnu za{titu mo`e da se koristi samo upore|ivawe smerova struja, bilo da {ti}eni objekat ima dve krajwe ta~ke ili vi{e krajwih ta~aka. Na slici 4.48 se vidi da su kod unutra{weg kratkog spoja svi smerovi struja su prema releju, dok je kod spoqa{weg kvara jedan prema napoqe. Ukoliko su smerovi struja razli~iti - za{tita blokira, a u slu~aju istih smerova iskqu~uje. c) Upore|ivawe smerova snaga. Za upore|ivawe mogu da se koriste i smerovi snaga koje se mere na krajwim ta~kama prilikom kratkog spoja. Ako i jedna ta~ka ima razli~iti smer, onda za{tita blokira, ina~e iskqu~uje. d) Upore|ivawe merewa distantnih za{tita. U ta~ki 4.6.6 opisana su re{ewa koja zahtevaju kanal za vezu (sinhronizacija za{tite, daqinska blokada, logika za dozvolu iskqu~ewa, itd.). U su{tini ova re{ewa predstavqaju preme{tawe distantnih za{tita u grupu za{tita sa diferencijalnim principom. Za{tite na diferencijalnom principu mogu da se podele u dve osnovne grupe: 1. Diferencijalna za{tita, kada se krajwe ta~ke {ti}enog elementa nalaze u istoj stanici, te ovako povezivawe, mo`e lako da se ostvari uobi~ajenim sekundarnim vezama. 2. Podu`na diferencijalna za{tita, kada se krajwe ta~ke {ti}enog elementa nalaze u razli~itim stanicama, ovako upore|ivawe mo`e da se ostvari samo preko kanala za vezu koji je izgra|en za ovu svrhu. Kanal za vezu mo`e da bude pomo}ni kabel (po{tanski ili energetski), ali mo`e da bude i VF veza, mikrotalasni kanal ili opti~ki kabel. Osnovni problem za{tita na diferencijalnom principu predstavqa spre~avawe pogre{ne pobude na spoqa{wi kratak spoj, jer kada do|e do bilo kakvog ometaju}eg ~inioca (npr. zasi}ewe strujnog transformatora, kvar na kanalu za vezu itd.) ne}e biti blokade, ve} }e za{tita iskqu~iti. Zbog toga, kod procene karakteristi~nih tipova za{tite u prvom redu je merodavna stabilnost protiv pobude na spoqa{wi kvar . 4.7.2. Diferencijalne za{tite Slike 4.46. i 4.47 prikazuju obrazovawe klasi~ne diferencijalne za{tite. Krajwi strujni transformatori treba da imaju isti prenosni odnos, bez obzira na to da li za{tita {titi elemenat sa dve ili vi{e krajwih ta~aka. U slu~aju da strujni transformatori imaju razli~iti prenosni odnos, treba da se primene strujni me|utransformatori ("sekundarni strujni transformatori").

84 U principu, merni relej bi mogao da bude prekostrujni relej. Me|utim, zbog ometaju}ih ~inilaca, nikad ne mo`e da se ostvari wegovo funkcionisawe bez gre{ke, zbog ~ega se u op{tem slu~aju koristi stabilizovana diferencijalna za{tita. ^inioci, koji ometaju pravilno funkcionisawe klasi~ne diferencijalne za{tite su: - Razli~iti prenosni odnos strujnih transformatora (podrazumevaju}i tu i strujne me|utransformatore). - Razli~ita gre{ka i razli~ita vremenska konstanta strujnih transformatora; gre{ka usled ustaqenog ili tranzijentnog zasi}ewa (v. ta~ku 4.9), na koje nepovoqno mogu da uti~u razli~ita optere}ewa na sekundarima (u ciqu postizawa identi~nog optere}ewa u kra}i napojni vod ugra|uje se impedansa; na obema stranama se ugra|uju strujni me|utransformatori itd.) - Kod {ti}enog elementa nastaje takva oto~na struja koja mo`e da ima veliku vrednost u normalnom pogonu; kao npr. uticaj kapaciteta duga~kog dalekovoda, strujni udar kod ukqu~ewa transformatora posebno u praznom hodu. - Karakteristi~ni problemi diferencijalne za{tite transformatora su: npr. kod kratkog spoja FN u mre`i struja nultog redosleda koja samo sa jedne strane napaja transformator, ugaona gre{ka izme|u primarne i sekundarne struje zbog zakretawa ugla od strane transformatora, promenqivi prenosni odnos. kod transformatora sa ugra|enim regulatorom napona pod optere}ewem. Odbrana od pogre{nog rada diferencijalne za{tite je prikazana u tekstu ni`e. Re{ewe problema koji karakteristi~no nastaju kod transformatorskih za{tita opisani su u posebnoj ta~ki c). a) Stabilizovana diferencijalna za{tita Protiv ometaju}ih ~inilaca koji nastaju u slu~aju spoqa{weg kvara, a prouzrokuju pogre{nu pobudu, mogu da se primene slede}a re{ewa: - veliko strujno pode{ewe, - stabilizacija smera struje, - stabilizacija ko~ewem, - diferencijalna za{tita sa velikom impedansom (ovo re{ewe po obi~aju ne ra~una se kao stabilizovana diferencijaln za{tita, pa se obra|uje u ta~ki b). - Pode{ewe velike struje, tj. u slu~aju velikog smawewa osetqivosti {eme koja je prikazana na slici 4.46 ~ak i sa prekostrujnim relejom mo`e da radi selektivno. Strujno pode{ewe treba da bude sigurno mawe od minimalne struje kratkog spoja, ali ve}e od maksimalne struje kvara koja nastaje kod spoqa{weg kratkog spoja. Ovo nastaje kada spoqa{wi kratak spoj nastaje izvan strujnih transformatora na krajevima {ti}enog objekta, ali neposredno pored wih. Ovaj tip kratkog spoja treba uvek smatrati merodavnim. - Stabilizacija smera struja mo`e da se primeni kod konfiguracije sa dve krajwe ta~ke ili koja mo`e da se svede na wu. Relej proizvoda struja koji sadr`i ko~ione kalemove F, deluje protiv momenta (dejstva) diferencijalnog releja kod spoqa{weg kratkog spoja. Jedna~ina rada releja proizvoda struja uzimaju}i smerove struja sa slike 4.46 kao pozitivne: I A ⋅ I B ⋅ cos α , (4.34) gde su IA i IB -struje dveju strana, a α - ugao izme|u wih. Ovaj ugao je kod spoqa{weg kratkog spoja 0o (momenat, odnosno dejstvo je pozitivno, dakle ko~i), kod unutra{weg kvara oko 180o (momenat, odnosno dejstvo je negativno, dakle poma`e iskqu~ewe). Kod jednostranog napajawa po{to je jedna struja nula i momenat je nula. - Su{tina stabilizacije sa ko~ewem je, da struje koje teku u ko~ionim kalemovima F na slici 4.46. kod diferencijalnog releja balansiraju, ko~e momenat (dejstvo) koji deluje u smeru iskqu~ewa. Veli~ina ko~ionog momenta ne mo`e da bude ve}a od veli~ine momenta iskqu~ewa kod unutra{weg kvara. Kao krajwi rezultat dobija se diferencijalni rele koji pomo}u struje kratkog spoja postaje u tolikoj meri neosetqiv koliko je ve}a struja kratkog spoja.

85 Ranije su ostvarivana linearna ko~ewa, koja su nazivana i postotnim ko~ewem. Ova ko~ewa su srazmerna zbiru apsolutnih vrednosti faznih struja β ⋅ IA + IB + ⋅⋅⋅ , (4.35)

[

]

ili apsolutnoj vrednosti razlike faznih struja

β ⋅ IA − IB

(4.36)

Ovo posledwe normalno mo`e da se primewuje kod konfiguracije sa dve krajwe ta~ke, pa su zbog toga ko~ewa po jedna~ini (4.35) ~e{}a. Moderne diferencijalne za{tite sa ko~ewem skoro su iskqu~ivo sa nelinearnim ko~ewem. Ovo proizilazi iz saznawa, da do odre|ene struje kratkog spoja strujni transformatori dobro preslikavaju primarnu struju na sekundar i da samo iznad odre|ene vrednosti struje kratkog spoja dolazi do zasi}ewa, pa time i do grube gre{ke u preslikavawu (v. ta~ku 4.9). Ovo isto tako va`i i za gre{ku usled tranzijentnog zasi}ewa, samo se javqa kod mawe struje. To zna~i da je struja gre{ke kod spoqa{weg kratkog spoja oko nule, odnosno ima malu vrednosti, a da iznad te grani~ne struje zasi}ewa IT, struja gre{ke u znatnoj meri poraste. Ako pretpostavimo da je karakteristika strujnog transformatora idealizovana kriva sa slike 4.49, onda se kod spoqa{weg kvara na diferencijalnom releju, javqa struja gre{ke koja odgovara osen~enim apscisama.

Slika 4.49. Idealizovana karakteristika strujnog transformatora Na slici 4.50 se vidi struja iskqu~ewa u funkciji 100%-ne vrednosti ko~ione struje (jedna~ina (4.35), β=1), ako jedan od grani~nih strujnih transformatora radi prema karakteristici na slici 4.49. Kod unutra{weg kratkog spoja, ako nema zasi}ewa, zavisnost sekundarne struje ide po punoj liniji, a ako zasi}ewe postoji onda po isprekidanoj liniji. U slu~aju spoqa{weg kratkog spoja uzimaju}i za osnovu sliku 4.49. do vrednosti 2IT nema struje gre{ke (IA + IB = IT + IT = 2IT), a posle ovoga ona linearno raste. Ako se uzme u obzir samo zasi}ewe jednog strujnog transformatora, kriva je paralelna sa krivom unutra{weg kratkog spoja. Ako oba transformatora odu u zasi}ewe, struja gre{ke je mawa, dakle situacija je povoqnija. Struju gre{ke prouzrokuje jo{ i nedovoqno ta~no izjedna~avawe prenosnih odnosa strujnih transformatora (npr. kod regulacionog transformatora), koja sa strujom kratkog spoja, dakle i sa dvostrukom ko~ionom strujom linearno raste (rezultantna linija). Nelinearnu karakteristiku za{tite je celishodno podesiti izme|u karakteristika za unutra{wi i spoqa{wi kratak spoj (kriva sa oznakom __. .__. .__). Radi potpunosti ucrtali smo i mogu}u linearnu karakteristiku diferencijalne za{tite sa postotnim ko~ewem (ta~kasta linija). Na slici se vidi granica primene ove karakteristike, tj. ako za{tita radi zadovoqavaju}e samo do struje kratkog spoja IZ =Ih/2 (Ih=Igre{ka). Iznad te vrednosti struje kod spoqa{weg kratkog spoja mo`e do}i do iskqu~ewa. U interesu pravilnog rada za{tite veoma je va`no da se pravilno podesi koleno nelinearne karakteristike. Ovo u op{tem slu~aju zna~i, da kroz prikqu~ke za{tite treba da te~e nominalna struja releja, kada kroz primar te~e nominalna struja transformatora. U slu~aju potrebe za svrhu prilago|ewa treba da se koriste strujni me|utransformatori. Karakteristi~na primena diferencijalnog releja sa postotnim ko~ewem je kod diferencijalne za{tite transformatora (sl. 4.57), diferencijalne za{tite sabirnica (ta~ka 4.8) diferencijalne za{tite generatora itd.

86

Slika 4.50. Odnosi i uslovi nelinearnog ko~ewa b) Diferencijalna za{tita velike impedanse Wen rad se zasniva na ~iwenici da veliku struju gre{ke kod spoqa{weg kratkog spoja kod za{tite sa vi{e napojnih ta~aka prouzrokuje zasi}ewe strujnog transformatora. Kod zasi}ewa impedansa strujnog transformatora sa sekundarne strane znatno opada. U su{tini impedansa pobudnog kruga strujnog transformatora bi}e skoro jednaka nuli. Prema rasporedu sa slike 4.51a pod uticajem spoqa{weg kratkog spoja struje koje uti~u u granu A, B, i C isti~u kroz granu D na spoqa{wi kratak spoj. Shodno I Kirhofovom zakonu algebarski zbir ~etiri struje je nula. Me|utim, na ekvivalentnoj {emi na slici b) vidise da je strujni transformator D zasi}en - struja I'D ne}e u potpunosti te}i u diferencijalni relej da bi time osigurala struju jednaku nuli, nego }e u znatnijoj meri te}i preko male pobudne impedanse Zg strujnog transformatora D. Zbog toga }e "nedostajati" znatan deo struje I'D za izjedna~avawe, zbog ~ega kroz diferencijalni relej te~e velika struja gre{ke Ih =Igre{ka. Ako je impedansa releja ZR ima malu vrednost (npr. prekostrujni relej), onda }e nastati opisana pojava. Ako se pove}a impedansa releja, kroz relej }e te}i sve mawi deo struja I'A, I'B i I'C, a sve ve}i deo kroz Zg, -impedansu strujnog transformatora D, tj. smawi}e se udeo struje I'D. U slu~aju da se na odgovaraju}i na~in pove}a ZR, struje kroz A, B, i C sa sekundarne strane "nadokna|uju" I'D, tj. onu struju, koja nedostaje za izjedna~avawe u za{titi. Ako diferencijalna za{tita ima veoma veliki otpor, onda to kod spoqa{wih kratkih spojeva uvek osigurava pravilan rad diferencijalne za{tite. Kod unutra{weg kratkog spoja, me|utim to prouzrokuje problem, po{to sada sve ~etiri struje imaju isti smer, i treba da pro|u kroz relej. Zbog toga bi na releu nastao dosta veliki napon. Situacija }e postati takva kao da su otvoreni sekundarni krajevi strujnih transformatora. Zbog toga se merni rele za{tite prave prema slici 4.52: merni element je naponski relej, sa kojim su paralelno vezani nelinearni otpornici, koji ograni~avaju maksimalnu vrednost napona. Tada }e se prema slici 4.51 na releju pojaviti napon koji se dobija tako {to se na sekundar prera~unata struja kratkog spoja(I'z max) pomno`i zbirom

87

Slika 4.51. Nastajawe struje gre{ke kod spoqa{weg kratkog spoja zbog zasi}ewa jednog strujnog transformatora (D) a) primarna {ema; b) skica ekvivalentne {eme sekundara

Slika 4.52. Diferencijalna za{tita velike impedanse U M = I 'z max ( αRV + RS )

(4.37)

otpornosti kabela RV najudaqenijeg strujnog transformatora i otpornosti sekundara RS strujnog transformatora koji je zasi}en. Vrednost α zavisi od sprege strujnih transformatora (v. ta~ku 4.9) i naj~e{}e ima vrednost 2 (zbog faznog voda strujnog transformatora i povratnog voda za nultu granu). Naponski relej se pode{ava otprilike na dvostruku vrednost UM po jedna~ini (4.37), dok se ta~ka kolena naponsko-

88 zavisnog otpornika podesi na dvaput ve}i napon od napona pode{ewa (npr. UM=75V, pode{eni napon na releju Ube=150V, pode{eni napon na naponskozavisnom otporniku Ufesz.f. =300 V). Sekundarni grani~ni napon UK koji karakteri{e koleno zasi}ewa strujnog transformatora treba da bude iznad ovoga.

Slika 4.53. Diferencijalna za{tita velike impedanse koja se koristi za za{titu transformatora. Strujni udar kod ukqu~ewa ne stvara probleme D samostalna za{tita visokonaponskih namotaja, d samostalna za{tita tercijernih namotaja. Prenosni odnosi strujnih transformatora u jednom samostalnom sistemu treba da budu isti. Napred prikazano re{ewe se koristi u {irokom krugu i u inostranstvu je veoma rasprostraweno. Postoje tri bitna uslova za primenu: zahteva sopstveno jezgro na strujnom transformatoru; otpornost kabela izme|u strujnog transformatora i relejne prostorije ne treba da bude velika; strujni transformatori treba da se spajaju na galvanski povezani primarni deo. Zbog ovog posledweg za diferencijalnu za{titu transformatora mo`e da se koristi samo ograni~eno: ili visokoimpedantno merewe se koristi samo kao pomo}no sredstvo za klasi~no merewe diferencijalne struje (impedansa releja ZR je samo "pove}ana" vrednost), ili se posebno pravi za{tita za primarni namotaj, a posebno za sekundarni (slika 4.53). U ovom drugom slu~aju ne postoji problem udarne struje pri ukqu~ewu. c) Diferencijalna za{tita transformatora Ono {to je pisano o diferencijalnim za{titama va`i i za diferencijalne za{tite transformatora. Me|utim postoji nekoliko specijalnih problema, koji se javqaju kod diferencijalnih za{tita transformatora. - Struja ukqu~ewa transformatora se javqa kao struja gre{ke kod svake takve diferencijalne za{tite, koja se izvodi prema slici 4.54, tj. {titi ceo transformator, sve wegove namotaje i izvode, {ine, kablirawe eventualno zajedno. Sa jednim ugra|enim regulatorom udarna struja pri ukqu~ewu te~e samo kroz strujne transformatore samo sa jedne strane - sa one sa koje je ukqu~en transformator. Ako struja ukqu~ewa ima veliku vrednost, za{tita mo`e da prouzrokuje pogre{an rad. Od pogre{nog iskqu~ewa zbog struje pri ukqu~ewu mo`e da se brani slede}im metodama: - Transformator tretirati kao posebne delove koji su galvanski spojeni (primar, sekundar, tercijer) i primeniti diferencijalnu za{titu velike impedanse (slika 4.53).

89

a)

b)

Slika 4.54. Oblikovawe diferencijalne za{tite koja {titi ceo transformator (prikazano jednopolno). Prenosni odnosi prema jedna~ini (4.38)

Slika 4.55. Karakteristi~i oblik struje pri ukqu~ewu

- Iskqu~ewe treba da se blokira ili da se ko~i merewe pomo}u drugog harmonika koji je prisutan u struji ukqu~ewa ili wegovog odre|enog nivoa,odnosno zastupqenosti u diferencijalnoj struji (slika 4.58.). - Blokirati ili ko~iti pomo}u drugog subharmonika (25 Hz, slika 4.55) - Starija metoda se sastoji u velikom smawewu osetqivosti. Kod elektromehani~kih releja ovo zna~i oko 3...3,5 puta ve}e pode{ewe iznad nazivne ja~ine struje transformatora, a kod brzih elektronskih releja 6...8 puta. Ako je dakle diferencijalna struja ve}a od ovih vrednosti, onda ne treba blokada pri ukqu~ewu. Kod zasi}ewa strujnog transformatora zbog velike struje pri unutra{wem kvaru, koja ima sli~an oblik kao ona kod ukqu~ewa, ne}e do}i do pogre{nog blokirawa diferencijalne za{tite. - Blokirati za{titu pomo}u toga {to je u ispravqenom strujnom signalu u slu~aju struje kod ukqu~ewa u svakoj drugoj poluperiodi signal izdignut (v. detaqnije ta~ku 7.2.2) Zakretawe ugla od strane transformatora prouzrokuje probleme kod potpune diferencijalne za{tite, jer mogu da se upore|uju samo struje koje su u fazi. Zbog toga kod za{tite sa slike 4.53. nema takvih problema. Zakretawe ugla usled spojeva zvezda, trougao i izlomqena zvezda, te varijacija faza (redosleda) mo`e da razlikuje za po 30o. Zbog toga se standardno zadaje satna vrednost: ako npr. vektor faze primara A pokazuje 12 na cifarniku sata, smer sekundarnog napona faze a odredi}e grupu sprege transformatora. Ispred se upi{e jo{ stvarna sprega primarnog i sekundarnog namotaja, te se dobije npr. Yd11, tj. sprega zvezda/trougao, vektor na sekundaru predwa~i za 30o).

90 Sekundarne struje strujnih transformatora sa razli~itim brojem sati treba okretati unazad tako, da oni budu u fazi i da se mogu uporediti u diferencijalnoj za{titi. Okretawe unazad se ostvaruje jednovremenom primenom dve metode: - cikli~ka zamena faza, odnosno promena polariteta, - sekundarni namotaji strujnih transformatora ili strujni me|utransformatori po potrebi se vezuju u zvezdu ili trougao. Ako je broj sati koji ozna~ava spregu transformatora paran onda kalemove sekundara strujnih transformatora sa obe strane treba vezati u istu spregu (zvezda ili trougao), te primeniti prvu metodu. Npr. kod transformatora sa faznim pomakom od 6 sati na jednoj strani se vr{i zamena polariteta, a kod transformatora sa faznim pomakom od 4 sata treba primeniti cikli~ku promenu faza (treba okretati nx4 sati). Ako je broj sati, koji ozna~ava fazni pomak transformatora neparan, onda kalemovi sekundara strujnih transformatora se sa jedne strane vezuju u zvezdu a sa druge u trougao, i onda primene potrebne cikli~ke promene faza, odnosno zamena polariteta.

a)

b)

c) Slika 4.56. Izjedna~avawe smerova struja kod diferencijalne za{tite. a) sprega transformatora Yd11; b) vektorski dijagrami; c) metode izjedna~avawa

91 Kao primer se daje izjedna~avawe smerova za transformator sa grupom sprege Yd11 na slici 4.56. U principu mo`e da se koristi bilo kakvo okretawe unazad, a mo`e da se napravi identi~an smer struje kod za{tite (IA - IB i ia ili IA i ia-ic). Treba se odlu~iti za re{ewe kod kojeg ne treba da se primeni strujni me|utransformator. (Ovo gledi{te nije bitno kod elektronske za{tite male potro{we, jer se kod wih strujni me|utransformatori za prilago|ewe ponekad ugrade u samu za{titu.) Izbor je slobodan samo onda ako nijedan kraj namotaja nije uzemqen neposredno ili preko male impedanse. Ako je zvezdi{te transformatora sa jedne strane neposredno uzemqeno, a na sekundaru ili tercijeru postoje namotaji vezani u trougao onda transformator u slu~aju FN kratkog spoja napaja mre`u sa strujom nultog redosleda. Ova struja nultog redosleda te~e samo kroz strujne transformatore sa jedne strane. Za{tita od pogre{nog delovawa sekundari strujnih transformatora na toj strani treba da se ve`u u trougao i tako struje nultog redosleda ne}e sti}i do diferencijalne za{tite.

Ipr Isz

primarna struja energetskog transformatora sekundarna struja glavnog strujnog transformatora na primarnoj strani energetskog transformatora

Ikpr

primarna struja strujnog me|utransformatora na primarnoj strani energetskog transformatora

Iksz

sekundarna struja strujnog me|utransformatora na primarnoj strani energetskog transformatora

ipr isz

sekundarna struja energetskog transformatora sekundarna struja glavnog strujnog transformatora na sekundarnoj strani energetskog transformatora

ikpr

primarna struja strujnog me|utransformatora na sekundarnoj strani energetskog transformatora

iksz

sekundarna struja strujnog me|utransformatora na sekundarnoj strani energetskog transformatora

Slika 4.57. Izjedna~avawe struja za diferencijalnu za{titu Prenosni odnosi se podrazumevaju u smeru strelica

- Izjedna~avawe rezultantnog prenosnog odnosa diferencijalne za{tite transformatora na osnovu slike 4.57: 0,8 ≤

U nÁiÁ k ≤ 1,25 un á i á k

(4.38)

tj. rezultantni prenosni odnos transformatora, glavnih strujnih transformatora i me}utransformatora treba da bude oko jedinice. Ako je neka grupa strujnih transformatora u smeru strelice u sprezi zvezda /trougao prenosni odnos treba da se pomno`i sa 1 / 3 , a u slu~aju sprege trougao/zvezda sa 3 . Kod transformatora, bez obzira na spregu, kao prenosni odnos treba da se podrazumeva odnos linijskih napona.U slu~aju regulacionog transformatora treba podrazumevati sredwi prenosni odnos. Pored toga treba se truditi da nazivna simetri~na struja transformatora na stezaqkama za{tite stvara nazivnu struju za{tite. Kao primer na slici 4.58. mo`e da se vidi skica diferencijalne za{tite sa nelinearnim ko~ewem, koja se blokira zavisno od pode{enog odnosa [drugi vi{i harmonik]/[osnovni harmonik]. Za{tita je razvijena za tronamotajni transformator, a skica je data za jednu fazu. Kod tronamotajnog transformatora - shodno toku struje kratkog spoja ujedna~avawe po jedna~ini (4.38) uvek treba da se izra~una po jednom toku izme|u dva namotaja i treba da zadovoqi posebno za svaki smer struje kratkog spoja.

92

Slika 4.58. Diferencijalna za{tita transformatora sa ispravqa~em i nelinearnim ko~ewem (crtana jednopolno), A-B strujna kola za upore|ivawe. Zbirna struja 2. harmonika prema struji 1. harmonika: ≈ preko 15% blokira (na struju ukqu~ewa); C iskqu~ewe od zbirne struje; D-F v. na slici 4.50.: dowi deo krive nelinearnog ko~ewa; E-G ko~ewe faznom strujom: v. na slici 4.50. gorwi deo krive nelinearnog ko~ewa

4.7.3. Podu`na diferencijalna za{tita Podu`na diferencijalna za{tita je za{tita na diferencijalnom principu kod koje se strujni transformatori nalaze u razli~itim stanicama. U ciqu upore|ivawa signala sa krajeva izme|u wih treba da se ostvari pouzdani informacioni kanal. Kanal mo`e da bude slabostruja{ki (po{tanski) ili jakostruja{ka kablovska veza, VF veza na {ti}enom dalekovodu, mikrotalasni kanal ili veza preko opti~kog kabla.

93 Preneseni signal koji treba da se uporedi mo`e biti: - linearni signal, koji mo`e da bude struja ili napon koji je srazmeran struji; - nelinearni signal, kada se naj~e{}e upore|uju fazni polo`aj polutalasa struje sa oba kraja, bez upore|ivawa veli~ine; - logi~ki (da-ne) signal, {to mo`e biti upore|ivawe smera snage kratkog spoja, prenos signala za sinhronizaciju ili blokirawe za{tite itd.

a) Podu`na diferencijalna za{tita sa prenosom linearnog signala U po~etku po uzoru na diferencijalne za{tite linearnim preslikavawem su se upore|ivali struje (slika 4.59, varijante 1). Velika otpornost duga~ke kablovske veze se pretvara na malu vrednost pomo}u strujnih me|utransformatora koji se vezuju ispred kabla. Na ovaj na~in kroz kabl te~e mala struja, a stvara se relativno ve}i napon (slika 4.59. varijante 2). Problem samostalnog iskqu~ivawa prekida~a na obema krajwim ta~kama se re{ava rednom vezom releja (na slici 4.59a) ili paralelno vezanim relejima (na slici b).

1

a)

2

1

b)

2

Slika 4.59. Upore|ivawe struje kod podu`ne diferencijalne za{tite sa prenosom linearnog signala a) redno vezivwe releja; b) paralelno vezivawe releja Slika 1: princip; Slika 2: Strujni me|utransformatori za smawewe optere}ewa kabla za me|usobnu vezu; F:- kalemi za stabilizaciju

Slika 4.60 prikazuje tzv. za{titu sa {emom za upore|ivawa napona. Po{to usled linearnog prenosa svaka gre{ka koja se javqala kod diferencijalne za{tite mo`e da se javi i ovde, potrebno je podu`nu diferencijalnu za{titu stabilizovati. Na slici 4.59a pomo}u kalemova F mo`e da se ostvari stabilizacija smera struje. Kako pomo}u kalemova F mo`e da se ostvari nelinearno ko~ewe (slika 4.59a i b) opisano je u ta~ki 4.7.2 pod a).

94

Spoqa{wi kvar: Ux +Uy = 0

Slika 4.60. Podu`na diferencijalna za{tita sa upore|ivawem napona

Linearno merewe je ometano i kapacitetom kabla za me|usobnu vezu, kao i popre~nim i uzdu`nim naponima koji se indukuju usled dejstva primarne struje, te podizawem potencijala na stanici. Prilikom kratkog spoja ~esto se javqa napon, ponekad od vi{e hiqada volti, izme|u `ila kabla. Zbog svega ovoga neophodni su kablovi naro~ite izvedbe. Bitno je, da se u slu~aju kablovske veze kabl uzemqi samo na jednom mestu. U modernoj relejnoj tehnici linearno preslikavawe se vi{e ne koristi. Umesto wega se ra{irila upotreba podu`ne diferencijalne za{tite koja upore|uje nelinearne veli~ine faznih stavova ili prenete logi~ke (da-ne) signale. b) Podu`na diferencijalna za{tita sa upore|ewem faze Osnovni princip podu`ne diferencijalne za{tite sa upore|ewem faza mo`e da se prati na slici 4.61. Svi strujni transformatori u krajwoj ta~ki {ti}enog elementa preko prikqu~ka i filtra napajaju uobli~ava~ (shaper), koji dobijeni signal pretvara u pravougaoni oblik. Pravougaoni signali koji sti`u sa sopstvenog kraja i sa drugog kraja voda, kada je spoqa{wi kratak spoj pomereni su za 180o. Posmatrani sumarno ispuwavaju svoje praznine u nizu. Ako nastane unutra{wi kratak spoj - bilo da je napajawe jednostrano ili dvostrano - nasta}e praznina i dobi}e se pulsiraju}i signal. Ovaj pulsiraju}i signal prouzrukova}e iskqu~ewe na oba kraja voda. Treba uzeti u obzir da: - u slu~aju spoqa{weg kratkog spoja izme|u struja dva kraja mo`e da bude dodatnog faznog pomaka zbog kapacitivnih struja, odnosno potrebnog vremena prenosa kroz kanal veze (slika 4.61; x). Ovo ne sme da prouzrokuje iskqu~ewe. - u slu~aju unutra{weg kratkog spoja fazni stavovi napojnih struja sa dva kraja su razli~iti. Zbog toga vrednost y mo`e da bude bitno mawa od 180o ali ovo ne sme da omete iskqu~ewe. U interesu jednostavnosti izvo|ewa i zbog jednog kanala veze, trofazna struja se sumira uz kori{}ewe koeficijenata, te se sa svakog kraja upore|uje samo jedna struja (npr. I=I1+k2I2 +k0I0 ). Su{tina napred izlo`enog principa je da se samo sa pozitivnim impulsom blokira iskqu~ewe, bilo da sti`e sa sopstvenog bilo sa drugog kraja. Do iskqu~ewa }e do}i, ako ni sa jednog ni sa drugog kraja ne dolazi signal za blokadu. Ovakav princip se zove NI-{ema. Pomo}u dva merna ~lana mogu da se uporede i pozitivni i negativni polutalasi, tako da }e za{tita postati br`a, odnosno pouzdanija. Princip zahteva primenu pobudnog ~lana: ako nema signala ni sa jedne strane, ali postoji struja kratke veze onda }e do}i do iskqu~ewa. Pobuda istovremeno spre~ava pogre{no iskqu~ewe do kojeg mo`e da do|e kod malih struja sa nesigurnim faznim stavovima. Ovaj princip omogu}uje primenu za{tite i kod konfiguracije sa vi{e krajwih ta~aka (odvod sa kratkim spojem blokira}e ostale). Da bi za{tita ispravno radila po ovom principu, zahteva se da struje u okolini prolaza kroz nulu nemaju bitnu gre{ku. Ovo mo`e da bude problem u slu~aju zasi}ewa strujnog transformatora jednosmernom komponentom struje kratke veze, zbog ~ega je potrebno bri`qivo dimenzionisawe, primena odgovaraju}ih filtera i

95

Uobli~ava~

Uobli~ava~

Slika 4.61. Podu`na diferencijalna za{tita sa upore|ewem faza

vremenska zadr{ka 10...30 ms za filtrirawe po~etnih gre{aka. Usled ovoga nastaje ne`eqena vremenska zadr{ka. Pravougaoni signal mo`e da se neposredno prenese preko kabela ili ure|aja za VF vezu preko dalekovoda. U ovom drugom slu~aju pravougani signal neposredno moduli{e VF signal (ili ima VF signala ili ga nema), odnosno mo`e da upravqa promenom tonske frekvencije, koja se utisne na nose}u frekvenciju VF kanala.

96 c) Podu`na diferencijalna za{tita sa prenosom logi~kog signala Podu`na diferencijalna za{tita koja prenosi samo signal DA-NE po principu rada mo`e da se: - zasniva na upore|ivawu smera snage kratkog spoja. U praksi u ovakvoj {emi se koriste usmereni prekostrujni releji za struju nultog redosleda za brzo otkrivawe zemnih spojeva preko velikog otpora. - koristi ubrzawe distantne za{tite za kratke spojeve koji nastanu na kraju voda (v. detaqno ta~ku 4.6.6).

4.8. Za{tite sabirnica Veoma bitni elementi prenosne i distributivne elektri~ne mre`e su sabirnice. Zbog specifi~nog polo`aja i velike koncentracije elemenata problemi za{tite su specifi~ni. Re{ewe za{tita sabirnica je celishodno razmatrati u tri grupe: - konfiguracija primarne stanice ne sadr`i samostalnu zonu za za{titu sabirnica, dakle nije potrebna za{tita sabirnica; - otklawawe kratkih spojeva na sabirnicama pomo}u za{tita odvoda (prirodni sistem za{tite sabirnica); - primena samostalnih, specijalnih za{tita sabirnica.

a)

Slika 4.62. Konfiguracije stanica bez zone za{tite sabirnica

b)

97 4.8.1. Primarni raspored na stanici bez sabirni~ke za{tite Postoji vi{e {ema stanice koje nemaju sabirnice. Slika 4.62a predstavqa stanicu sa tzv. P {emom. Dalekovodne za{tite V1 i V2 napaja zbir struja dva strujna transformatora. Za{tite deluju na svoje prekida~e. Zone za{tite transformatora V3 i V4 neposredno se prikqu~uju na zone za{tite V1 i V2, te na ovaj na~in nema sabirnica. Sli~na je situacija i na slici 4.62b, gde se vidi poligonalna {ema stanice sa ~etiri izvoda. Na slikama 4.62c i d prividno postoje sabirnice, ali kako izvodi A i B nemaju prekida~e, jedne sabirnice pripadaju zoni za{tite A, a druge zoni za{tite B.

4.8.2. Prirodna za{tita sabirnica Ako kratke spojeve na sabirnicama otklawaju za{tite izvoda, onda govorimo o prirodnoj za{titi sabirnica. Na slici 4.63a prekostrujne za{tite radijalne mre`e {tite sabirnice koje su spojene sa dalekovodima, a na slici b) distantne za{tite om~aste mre`e u drugom stepenu. Iz principa prirodne za{tite sabirnica proizilazi da su one vremenski zategnute, jer {ti}ene sabirnice se nalaze ba{ na granici osnovnih i rezervnih za{tita. Ako ova vremenska zadr{ka ne mo`e da se dozvoli, onda treba da se koristi samostalna za{tita sabirnica.

a) b)

Slika 4.63. Prirodna za{tita sabirnica: a) na radijalnoj mre`i; b) na om~astoj mre`i

b) TV DV SZV EI

distantna za{tita diferencijalna za{tita za{tita sabirnica jednostepena impedantna za{tita za otklawawe kratkog spoja na sabirnicama

Slika 4.64. Dopuna prirodne za{tite sabirnica u slu~aju da (neki) izvodi imaju diferencijalnu za{titu.

98 Za{tite koje rade na diferencijalnom principu nisu rezervna za{tita za prikqu~ene elemente, po{to im je granica egzaktna, pa samim tim ne omogu}avaju ni prirodnu za{titu sabirnica. U ovakvim slu~ajevima za za{titu sabirnica treba da se ugradi posebna dopuna. U ve}ini slu~ajeva za ovu svrhu se koriste jednostepene distantne za{tite (EI), iz razloga selektivnosti uvek sa vremenskom zadr{kom. Na slici 4.64. se vide dva ovakva re{ewa. Na slici b) ugra|ene jednostepene impedantne za{tite deluju na kratak spoj oba sistema sabirnica i na taj na~in kod kratkog spoja na jednim sabirnicama spa{avaju druge zdrave sabirnice.

4.8.3. Samostalna za{tita sabirnica Ako iskqu~ewe sa vremenskom zadr{kom od prirodne za{tite sabirnica ne odgovara postavqenim zahtevima, potrebna je za{tita sabirnica sa trenutnim delovawem, tj. treba da se primeni samostalna za{tita sabirnica. Ovaj strogi zahtev se javqa onda, kada je: - prisutna opasnost od razarawa zbog velike snage kratkog spoja; - primewen sistem oklopqenih sabirnica (opasnost od progorevawa); - okolina zaga|ena, pa je velika u~estalost kratkih spojeva (zbog magle itd.) - na osnovu rezultata ispitivawa tranzijentne stabilnosti je neophodno trenutno iskqu~ewe kratkih spojeva. a) Individualna za{tita sabirnica Za{tite sabirnica, koje se koriste u radijalnoj mre`i, kao i strujno selektivne prekostrujne za{tite [v. ta~ku 4.36.b] za pravilan rad tra`e vremensku zadr{ku veli~ine jednog selektivnog intervala. Sli~an slu~aj je i kod konflikta pode{ewa kod primene jednostepenastih impedantnih za{tita kao za{tite sabirnica. Ovo mo`e da se izostavi, ako je u svaki vod koji polazi sa sabirnica ugra|ena prigu{nica za ograni~avawe struje kratkog spoja (slika 3.6b) ili je na sabirnice mo`da prikqu~en transformator. Uslov pode{ewa individualne za{tite sabirnica je da se ona ne pobudi na kratak spoj koji nastane na drugoj strani najmawe koncentrisane impedanse.

Slika 4.65. Tzv. "jednosmerna" diferencijalna za{tita sa logi~kom blokadom a) primarna {ema; b) jednosmerna {ema

99 b) Za{tita sabirnica sa logi~kom blokadom Za{tite sabirnice sa vremenskom zadr{kom koje su spomenute u ta~ki a) i u op{tem slu~aju prakti~no - i bez koncentrisane impedanse - mogu da se pretvore u za{tite sa trenutnim delovawem (vremenska zadr{ka oko 0.2s). Princip mo`e da se prati na slici 4.65. Prema ta~ki b) 4.3.6. odeqka za za{titiu sabirnica S se primewuje strujnoselektivna prekostrujna za{tita sa vremenskom zadr{kom od jednog selektivnog intervala (T, IT>>t). Vremenska zadr{ka mo`e da se otkloni, ako se za potrebe blokade od dvostepene prekostrujne za{tite izvoda koristi stepen sa mawim strujnim pode{ewem i vremenskom zadr{kom. Prema slici 4.65b trenutni kontakti prekostrujnih releja sa vremenskom zadr{kom pobude relej R. Ako se pobudi relej IT>> za{tite sabirnica, a relej R ne, onda je nastao kratak spoj na sabirnicama, te se preko releja S odmah iskqu~uje prekida~ T. Za{tita sabirnica S mo`e sada u odnosu na brze stepene izvoda da do|e do izra`aja nakon selektivne zadr{ke t vremenskog releja. Vremenska zadr{ka releja S od oko 0.2 s potrebna je za pokrivawe treperewa kontakata. c) Diferencijalna za{tita sabirnica U op{tem slu~aju, u om~astoj mre`i za{tita sabirnica sa trenutnim delovawem mo`e da se realizuje samo diferencijalnom za{titom. Osnovni princip diferencijalne za{tite sabirnica - kao u op{tem slu~aju kod diferencijalnih za{tita - zasniva se na I Kirhofovom zakonu (slika 4.66). Problemi sa wom tako|e su povezani sa wim: kada za primarne struje ta~no va`i ΣI=0, za sekundarne struje zbog gre{aka strujnih transformatora to ne mora biti slu~aj. Sve dok ne postoji zasi}ewe strujnih transformatora, problem mo`e da se re{i merewem struja, tako da se strujni relej podesi iznad maksimalne strujne gre{ke, ali ispod minimalne struje kratkog spoja. Me|utim pored navo|ewa teoretske mogu}nosti treba utvrditi, da se ovo re{ewe dodu{e mo`e da ostvari u svakom odre|enom slu~aju, mada u primeni nema prakti~nog zna~aja. U op{tem slu~aju delovawe diferencijalne za{tite sabirnice nije problemati~no, jer svaki izvod donosi svoju struju kvara, pa do zasi}ewa ne dolazi ili dolazi samo u maloj meri. Osnovni problem i ovde je spre~avawe pogre{nog delovawa u slu~aju spoqa{weg kratkog spoja. Na slici 4.66 mo`e da se vidi slika struja kod bliskog kvara: svaki izvod unosi svoju struju, dok kroz izvod D prolazi zbir struja. Dakle, strujni transformator izvoda D sa velikom verovatno}om }e do}i u zasi}ewe (v. ta~ku 4.9).

Slika 4.66. Princip diferencijalne za{tite sabirnica

100 Po{to su problemi u su{titni isti kao kod diferencijalnih za{tita, i re{ewa su sli~na. Na slici 4.67 vidi se diferencijalna za{tita koja je stabilizovana prema ta~ki 4.7.2a), a pogodna je i za za{titu sabirnica (vidi jo{ i ta~ku 6.3.3) Diferencijalna za{tita velike impedanse prema ta~ki b) 4.7.2 odeqka (v. jo{ i slike 4.51 i 4.52) sa dobrim rezultatima se koristi kao za{tita sabirnica.

Slika 4.67. Principska {ema diferencijalne za{tite sabirnica sa nelinearnim ko~ewem

Princip diferencijalne za{tite sabirnica koja upore|uje smerove struja mo`e da se prati na slici 4.66. Kod unutra{weg kvara struje svih izvoda teku prema sabirnicama, dakle sve imaju iste smerove. Kod spoqa{weg kvara jedna struja, u izvodu sa kratkim spojem, ima obrnuti smer struje, dakle princip koji je opisan u 4.7.3. odeqku u ta~ki b) mo`e da se koristi i za potrebe za{tite sabirnica (v. ta~ku 8.).

4.9. Pona{awe strujnih transformatora u podru~ju zasi}ewa Zadatak strujnog transformatora jeda se sa jedne strane primarna struja od nekoliko stotina ili hiqada ampera transformacijom snizi na malu vrednost koju za{tite i insrtrumenti lako obrade, a sa druge strane izolovawe visokog napona primara od sekundara. Strujni transformator u su{tini je kratkospojeni transformator. Me|utim na sekundarni namotaj na red se prikqu~uju releji i instrumenti, te kratak spoj nije potpun. Optere}ewe sekundarnog kruga strujnog transformatora je nula, ako se sekundar kratko spoji, i sve je ve}i, ako je potrebno da se ve`u sve vi{e releja i instrumenata. Releji, instrumenti i sa wima na red vezani provodnici pove}avaju impedansu Zt. Sa pove}awem optere}ewa raste sekundarni

101 napon Usz na stezaqkama sekundara, a od wega je ne{to ve}i indukovani napon Ue. Fluks Φ u gvozdenom jezgru strujnog transformatora je promenqiv, dakle i struja magne}ewa ig . Gre{ka preslikavawa strujnog transformatora mo`e da se vidi na slici 4.68. na osnovu zakona za ~vorne ta~ke: ig=i'pr - isz, gde su isz - struja sekundara, a i'pr - primarna struja koja je pomo}u prenosnog odnosa strujnog transformatora prera~unata na sekundar. Jedna~ina va`i kako za prelazna, tako i za ustaqena stawa. Mo`e da se utvrdi, da je izvor gre{ke preslikavawa kod strujnog transformatora ig struja magne}ewa.

stezaqke

Slika 4.68. Ekvivalentna zamenska {ema strujnog transformatora

Najva`nije, moglo bi se re}i osnovno upori{te pouzdanog i ta~nog rada za{tite je na~in na koji strujni transformator preslikava struju, na koji reprodukuje veli~inu i oblik krive primarne struje kratkog spoja na sekundarnoj strani. Za{tite - nasuprot mernim instrumentima, naro~ito onim za merewe potro{we - ne zahtevaju veliku ta~nost od strujnih transformatora, u op{tem slu~aju zadovoqava 3...5%, ~esto mo`e da se podnese i gre{ka od 10%. Uzrok ovome je {to ta~no merewe za{tite ometa veliki broj drugih gre{aka, kao {to je npr. prelazni otpor na mestu kvara, nesigurnosti poznavawa podataka za elemente koji se uzimaju u obzir kod prora~una kratkog spoja itd. Ovo zna~i, da gre{ka strujnog transformatora ne}e ometati rad za{tita sve dok se gvozdeno jezgro ne zasiti, jer onda struja magne}ewa ig skokovito raste, i tada gre{ka u preslikanoj struji mo`e da bude ~ak 50...80%. Osnova dimenzionisawa je, kako u ustaqenom tako i u prelaznom stawu, izbegavawe ili dr`awe pod kontrolom zasi}ewa. U op{tem slu~aju strujni transformatori imaju 2-4 nezavisna jezgra, od wih jedno ili dva su merna jezgra, a ostala su za relejne za{tite. Merno jezgro u op{tem slu~aju slu`i za napajawe instrumenata i merewe potro{we. Treba da ta~no preslikaju (0.1...1%) vrednosti ispod nazivne struje, a vrednosti struja iznad nazivne, u interesu za{tite instrumenata treba da brzo ode u zasi}ewe. Sigurnosni grani~ni faktor (nadstrujni broj) defini{e kod koliko puta ve}e vrednosti nazivne struje }e gre{ka biti 10%, tj. gde po~iwe zasi}ewe. Na wega mo`e da se prikqu~i za{tita, ali samo strujni relej koji radi na srazmerno malu struju (koji se pobu|uje na struju ispod zasi}ewa). Jezgro za za{titu u prvom redu je za napajawe za{tita. Ta~no preslikavawe u prvom redu obezbe|uje u podru~ju iznad nazivne struje. U daqem tekstu bavi}emo osobinama ovakvih jezgara.

4.9.1. Za{tita i sa wom rednovezani provodnik kao optere}ewe strujnih transformatora Osnova prora~una strujnih transformatora koja se sprovode sa ciqem izbegavawa zasi}ewa, kako za ustaqena stawa tako za prelazna stawa, je vrsta optere}ewa koje se prikqu~uje na strujni transformator.

102 a) Za{tita, koja je vezana na strujni transformator kao optere}ewe Za{tita kao optere}ewe koje se vezuje na strujni transformator zadaje se u snazi ( S nV ). Ova snaga se odnosi na nazivnu struju za{tite ( I nV ). Po{to je:

S nV = ( I nV ) 2 ⋅ Z V [VA] onda je impedansa koja optere}uje za{titu

ZV =

S nV . (I nV ) 2

(4.39)

Ako struja napojnog strujnog transformatora odstupa od struje za{tite, onda za{tita optere}uje strujni tranformator strujom:

S Á = ( I nÁ )2 S nV Npr. u slu~aju nazivne struje za{tite od 1 A i nazivne struje strujnog transformatora od 5 A mno`ilac je 25-ostruki. Naravno impedansa koja optere}uje glavni strujni transformator ostaje ista, ali impedansa za{tite sa nazivnom strujom od 1 A je oko 25 puta ve}a od one sa 5 A. Zbog toga uvek je celishodno da se ra~una sa impedansom za{tite. Treba da se uzimaju u obzir i svi mogu}i kratki spojevi. Npr. kod najve}eg broja za{tita impedansa strujnog kruga mernog transformatora kod spoja FN ve}a je nego kod spoja 2F ili 3F zbog dodatnih elemenata nultog kruga. b) Uticaj strujnog me|utransformatora Ako se izme|u za{tite i glavnog strujnog transformatora ve`e strujni me|utransformator, onda optere}ewe za strujni me|utransformator (slika 4.69) 2

⎛ Ik ⎞ S = ( I ) Z = ⎜⎜ nV ⎟⎟ S nV [VA] ⎝ In ⎠ K

k 2 n

V

i za glavni strujni transformator: 2

⎛ IÁ ⎞ ⎛ Ik ⎞ S = ( I ) ⎜⎜ nK ⎟⎟ Z V = ⎜⎜ nV ⎟⎟ ⎝In⎠ ⎝ In ⎠ Á

Á 2 n

2

2

⎛ I nk ⎞ V ⎜⎜ K ⎟⎟ S n ⎝In⎠

[VA]

(4.40)

Slika 4.69. Uticaj strujnog me|utransformatora na optere}ewe strujnog transformatora

Impedansa optere}ewa mo`e da se izra~una na poznat na~in. Za glavni strujni transformator: 2

2

⎛ I k ⎞ S nV ⎛ I nk ⎞ V SÁ ⎜⎜ K ⎟⎟ Z , = Z = Á 2 = ⎜⎜ nK ⎟⎟ V 2 (I n ) ⎝ I n ⎠ (I n ) ⎝In⎠ Á

dakle mewa se.

(4.41)

103 Strujni me|utransformator se koristi za izjedna~avawa prenosnih odnosa kod diferencijalnih za{tita ili prikqu~ivawe za{tite sa neodgovaraju}om osetqivo{}u na glavni strujni transformator, itd. Me|utim, strujni me|utransformator ima i bitne nepovoqne strane: - svojim optere}ewem dodatno optere}uje glavni strujni transformator; - u op{tem slu~aju, ima nepovoqno tranzijentno pona{awe koje prouzrokuje dodatne probleme; - u slu~aju rastu}eg prenosnog odnosa u pravcu za{tite opasno podi`e optere}ewe za{tite u odnosu na glavni strujni transformator [v. jedna~inu (4.41); npr. u slu~aju podizawa sa 1 na 5 A 25 puta]. c) Prora~un celog optere}ewa voda i za{tite Impedansi za{tite u ciqu odre|ivawa ukupne impedanse optere}ewa Zt treba dodati i impedansu kablovskih `ila izme|u glavnog strujnog transrormatora i za{tite. Impedansa provodnika je prakti~no skoro u potpunosti aktivna, bez induktivnog dela. Na stvarnu vrednost optere}ewa strujnog transformatora bitno uti~e {ema spoja sekundarnih namotaja strujnog transformatora. Optere}ewe u op{tem slu~aju treba da se ra~una tako {to za datu {emu veze treba preneti sliku struja kratkog spoja koje mogu da nastanu, izra~unati napon na sekundarnim stezaqkama strujnih transformatora i podeliti ga sa sekundarnom strujom doti~nog strujnog transformatora. Za dobijawe vrednosti maksimalne impedanse bitno je optere}ewe pri kvaru. Po{to je ono ~esto ve}e od stvarne vrednosti impedanse voda i za{tite, koli~nik impedanse pri kvaru i stvarne impedanse obi~no se ozna~ava sa koeficijentom α i sa wim se ra~una kod dimenzionisawa. Kao primer, izvr{imo prora~un za tri {eme sa slike 4.70, koje se naj~e{}e koriste. a) Na slici u slu~aju spoja 3F vrednost za α kako za impedansu voda RV tako za impedansu za{tite ZV jednaka je 1. U slu~aju spoja FN, ako su I1=I2=I0 , vrednost za α za RV 2 (zbog povratnog voda u nultoj grani), a za ZV je 1 i za Z0V je 1. Ako je u slu~aju krajwe ta~ke I1=I2=0, i kroz RV te~e samo struja I0, onda je α za RV 4, za ZV je 1, i za Z 0V je 3.

Slika 4.70. Mno`iteqi optere}ewa α za strujne transformatore Rv 3F 2F FN 3F 1 a) 1 2 (4) 1 3 3 b) 3 1 c) 3 2 (3) 1

Zv 2F FN 3F 1 1 (1) 0 3 1 1 (1) -

Zv0 2F 0 -

FN 1 (3) -

Maksimalne vrednosti za (vrednosti u zagradama odnose se za slu~ajeve krajwih ta~aka) a) spoj zvezda; b) spoj delta; c) spoj V;

104 Mno`ioci za ostale slu~ajeve kratkih spojeva i {eme mogu da se na|u u tabeli na slici 4.70. Prilikom prora~una uvek treba da se ra~una sa mno`iocem koji daje najve}u impedansu. U ukupnu impedansu optere}ewa uzima se i otpornost sekundarnog namotaja strujnog transformatora. Sekundarna reaktansa rasipawa u prakti~nim slu~ajevima mo`e da se zanemaruje. 4.9.2. Prora~un strujnih transformatora za ustaqene uslove Karakteristi~ne nazivne vrednosti strujnih transformatora koji napajaju za{titu su slede}e: nazivna struja sekundara: I nÁ , nazivno optere}ewe sekundara: Ztn, nazivna snaga: S nÁ = ( I nÁ ) 2 Z tn , grani~ni faktor ta~nosti: nv , nazivni grani~ni napon:

U K = nv I nÁ Z tn . Osnova prora~una za ustaqene uslove je izbegavawe zasi}ewa. To se posti`e tako {to se strujni transformator prora~una prema slede}im uslovima:

I z′ max ≤ nv I nÁ

(4.42)

gde je I z' max primarna struja kratkog spoja prera~unata na sekundar, i

Z t ≤ Z tn ,

(4.43)

gde je Zt ukupna impedansa optere}ewa sekundara koja jeprora~unata shodno odeqku 4.9.1. Ove dve jedna~ine za prora~unavawe mogu da se spoje i u jednu:

U sz = I z′ max Z tn ≤ U K

(4.44)

gde je Usz stvarni sekundarni napon. Prema jedna~ini (4.44) zasi}ewe pod ustaqenim uslovima ne}e nastati, ako stvarni sekundarni napon ne prelazi grani~ni napon UK koji se druga~ije naziva naponom kolena. Vrednost za UK se odre|uje iz krive magne}ewa strujnog transformatora na slici 4.71. Bitno je da na obe ose podela bude u logaritamskoj razmeri.

Slika 4.71. Odre|ivawe grani~nog napona (napona kolena) strujnog transformatora sa pobu|ivawem na sekundarnoj strani 4.9.3. Tranzijentni uslovi strujnih transformatora a) Osnovni podaci Kod razmatrawa tranzijentnih uslova, u obzir uzimamo slede}e podatke, faktore, odnosno vremenske konstante: 4.9.4. Dimenzionisawe strujnih transformatora za tranzijentne uslove

A B

presek gvo`|a ispitanog strujnog transformatora; trenutna vrednost magnetne indukcije koja nastaje u gvozdenom jezgru;

105 BK BR H

indukcija zasi}ewa; remanentna indukcija jezgra strujnog transformatora; ja~ina magnetnog poqa jezgra strujnog transformatora; trenutna vrednost struje kratke veze; ipr trenutna vrednost sekundarne struje strujnog transformatora; isz ig= ipr-Nszisz pobudna struja strujnog transformatora (i'g=ipr/N-isz prera~unato na sekundarnu stranu); efektivna vrednost naizmeni~ne komponente struje kratkog spoja Ipr (I'pr prera~unato na sekundarnu stranu); faktor zasi}ewa (faktor predimenzionisawa, tranzijentni faktor K predimenzionisawa), odnos najve}eg mogu}eg ustaqenog optere}ewa i stvarnog optere}ewa; postotna vrednost remanentne indukcije jezgra strujnog B K R = R ⋅100 transformatora; B K

L0

induktivnost pobudnog kruga strujnog transformatora (zanemarena je aktivna otpornost pobudnog kruga); Lt induktivnost optere}ewa Zt strujnog transformatora (zanemarene induktivnosti rasipawa sekundarnog namotaja; kod Lt treba da se uzimu u obzir mno`ioci za prora~un ustaqenih odnosa iz ta~ke 4.9.1); sredwa du`ina silnice ispitanog jezgra strujnog transformatora; l Nsz broj navojaka sekundarnog namotaja (ako je broj navojaka primara Npr=1, prenosni odnos strujnog transformatora je Nsz /1); aktivni deo impedanse koja se odnosi na ta~ku merewa na mestu kratkog R1 spoja na primarnoj mre`i induktivni deo impedanse koja se odnosi na ta~ku merewa na mestu kratkog X1 spoja na primarnoj mre`i Rt aktivni deo optere}ewa Zt strujnog transformatora, ukqu~uju}i i otpornost sekundarnog namotaja strujnog transformatora (ovde treba da se uzimu u obzir mno`ioci za prora~un ustaqenih odnosa iz ta~ke 4.9.1); vreme koje pro|e od trenutka nastanka kratkog spoja do po~etka tt tranzijentnog zasi}ewa strujnog transformatora, vreme zasi}ewa; vremenska konstanta primarne mre`e koja se odnosi na mesto L1 X T1 = = 1 R ωR kratkog spoja (0.005...0.5 s); 1

1

L + L0 T2 = t Rt

vremenska konstanta strujnog transformatora (1...3 s);

trenutna vrednost napona koji se indukuje u sekundarnom namotaju strujnog transformatora; efektivna vrednost napona zasi}ewa (nazivni grani~ni napon, napon UK kolena) strujnog transformatora; ukupna impedansa optere}ewa zajedno sa otporno{}u sekundarnog 2 2 2 namotaja ( rasipawe se zanemaruje, ali treba da se uzmu u obzir Z t = Rt + ω Lt mno`ioci za prora~un ustaqenih odnosa iz ta~ke 4.9.1);

ue

ϑt = arctg ϑ0 = arctg

ωLt

fazni ugao sekundarnog optere}ewa;

Rt

ω ( Lt + L0 )

fazni ugao celog strujnog kruga strujnog transformartora;

Rt

ψsz=NszΦ fluks sekundarnog namotaja strujnog transformatora fluks koji nastaje u jezgru strujnog transformatora; Φ magnetna propustqivost vazduha µ0 relativna magnetna propustqivost gvozdenog jezgra µr

106 b) Tranzijentni uslovi strujnog transformatora u slu~aju linearnog gvozdenog jezgra i jezgra koje se zasi}uje Na osnovu slike 4.68 i napred zadatih osnovnih podataka mogu da se napi{u polazne jedna~ine:

ue =

dΨsz di , s druge strane: ue = isz Rt + Lt sz , daqe: Ψ = N sz Φ = N sz BA. dt dt

Ako spojimo te tri jedna~ine, dobi}emo:

AN sz

dB di = isz Rt + Lt sz dt dt

(4.45)

Sekundarna struja koja figuri{e u jedna~ini (4.45) mo`e da se odredi iz jedna~ine pobude strujnog transformatora:

Hl = ipr − isz N sz , odavde: isz = B

te po{to je H = onda je isz =

µ0 µr

ipr

−

N sz

ipr − Hl N sz

,

,

Bl disz 1 dipr dB l ,i = − µ 0 µ r N sz dt N sz dt µ 0 µ r N sz dt

Uvrstimo ovo u jedna~inu (4.45) uz uzimawe u obzir da je induktivnost pobudnog kruga strujnog transformatora:

L0 =

µ 0 µ r AN sz2

(4.46)

l

(Vrednost za L0 je stalna, po{to smo pretpostavili linearno gvozdeno jezgro, rezultat }e biti slede}a diferencijalna jedna~ina:

Rt R dB L di L dB i − t B + t 2 pr − t = 2 pr AN sz L0 dt AN sz dt L0 dt Uz pretpostavku da je primarna struja kratkog spoja

ipr = 2 I pr (e

−

t T1

− cos ωt )

(4.47)

i kada se re{i diferencijalna jedna~ina za indukciju B u gvozdenom jezgru dobija se slede}a funkcija vremena: t ⎡ T ⎛ −t − ⎞ ⎛ 1 − Tt 1 −Tt ⎞ ⎡ L0 ⎤ L T T T 1 t 1 2 1 ⎜ e 1 − e 2 ⎟− ⎜e − e ⎟ + B=⎢ ⎥ 2 I pr′ ⎢ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ T2 ⎢⎣ T2 − T1 ⎝ ⎣ AN sz ⎦ ⎠ ⎠ Rt T2 − T1 ⎝ T1

−

Lt 1 e Rt T2

−

t T2

⎤ Zt − cos(ωt + ϑt − ϑ0 )⎥ Zt + X 0 ⎦⎥

(4.48)

107 Iz funkcije indukcije lako mo`e da se dobije pobudna struja strujnog transformatora:

ig′ =

ipr N sz

− isz

te po{to je N sz ig′ = Hl , i H = B / µ 0 µ r i ako upotrebimo jedna~inu (4.46):

⎡ AN sz ⎤ ⎡ L ⎤ B = ⎢ 0 ⎥ig′ , tj. ig′ = ⎢ ⎥ B. ⎣ L0 ⎦ ⎣ AN sz ⎦

(4.49)

Ako pretpostavimo slede}e zanemarivawa

L0>>Lt i dobija se ϑ 0 = 90o ,

ωL0>>Rt

Lt 1 ≈ 0, Rt T2

ωT2 Z t Zt + X 0

≈

1 cos ϑ1

zbog toga drugi i tre}i ~lan se zanemaruju, te se dobija slede}a jednostavna zavisnost:

⎡ L ⎤ 1 B = ⎢ 0 ⎥ 2 I pr′ ωT2 ⎣ AN sz ⎦

t ⎡ ωT T ⎛ − t ⎤ − ⎞ 1 T2 T1 ⎟ 1 2 ⎜ ⎢ e −e sin(ωt + ϑ1 )⎥. − ⎟ cos ϑ1 ⎢⎣ T2 − T1 ⎜⎝ ⎥⎦ ⎠

(4.50)

Maksimalna vrednost izraza (4.50) bi}e kada je sin x= - 1, te jedna~ina dobija oblik:

⎡ L ⎤ 1 B = ⎢ 0 ⎥ 2 I pr′ ωT2 ⎣ AN sz ⎦

t ⎡ ωT T ⎛ − t − ⎞ 1 ⎤ T2 T1 ⎟ 1 2 ⎜ ⎢ ⎥. + e −e ⎟ cos ϑ1 ⎥ ⎢⎣ T2 − T1 ⎜⎝ ⎠ ⎦

(4.51)

a)

Slika 4.72. Tranzijentni uslovi strujnog trasnformatora u nezasi}enom stawu a) primarna struja; b) indukcija (struja pobude) 1 komponenta prve jedna~ine 2 naizmeni~na komponenta; 3 rezultantna kriva b)

108 Na slici 4.72. se vide primarna struja po jedna~ini (4.47) i kriva indukcije po jedna~ini (4.48) [ona je po jedna~ini (4.49) srazmerna struji i'g], ako gvozdeno jezgro nije zasi}eno. U slu~aju zasi}ewa slika 4.73 pokazuje postoje}e odnose, a na slici 4.74. kao primer vide se krive primarne i sekundarne struje tako|e za slu~aj zasi}ewa. Krive dobro odslikavaju stvarne odnose. Vidi se da je u slu~aju tranzijentnog zasi}ewa sekundarna struja jedno vreme ta~no preslikana, zatim se te{ko izobli~uje i na kraju opet biva ta~na. Na slici 4.73 se vidi preslikavawe u slu~aju zasi}ewa. Teorijsko trajawe zasi}enog stawa u stvarnosti bitno se smawuje (pobuda se "izgubi"), tako da izobli~eno preslikavawe traje kra}e vreme.

Slika 4.73. Oblik indukcije uz uzimawe u obzir zasi}ewa 1 jednosmerna komponenta; 2 naizmeni~na komponenta 3 rezultanta bez zasi}ewa; 4 izobli~ena kriva usled zasi}ewa

Slika 4.74. Uticaj tranzijentnog zasi}ewa na sekundarnu struju I'pr primarna struja; Isz izobli~ena sekundarna struja 4.9.4. Prora~un strujnih transformatora na tranzijentne uslove Sekundarna struja koja se izobli~ava (slika 4.74) mo`e da ometa rad za{tite. Ovo }e spre~iti prora~un krugova strujnih transformatora na tranzijentne uslove. Za to su poznate dve metode (~esto se koriste obe kombinovano): potpuno izbegavawe zasi}ewa, odnosno izbegavawe zasi}ewa do vremena prorade za{tite. Za obe metode neophodan je dopunski stro`iji uslov: uzimawe u obzir remanencije.

109 Kod ove dve metode prora~una za tranzijentne uslove, krugove strujnih transformatora u odnosu na prora~un za ustaqene uslove treba bitno, (5...100)-puta predimenzionisati. Dakle, zadatak je odre|ivawe potrebnog faktora zasi}ewa (predimenzionisawa), K te pridr`avawe odabrane vrednosti. a) Potpuno izbegavawe zasi}ewa Tranzijentno zasi}ewe mo`e da se izbegne, ako indukcija u gvozdenom jezgru nikad ne prelazi vrednost indukcije zasi}ewa BK. Ako po|emo od pojednostavqene jedna~ine (4.51) uz pretpostavku da je optere}ewe sekundara ~isto aktivno, tj. cos ϑt ≈ 1, odnosno L0 / T2 ≈ Rt , uzimaju}i u obzir da zasi}ewe tek nastaje, tj.

B = BK = 2U K / ωN sz A mo`e da se pi{e:

K≥

t t UK ωT2T1 ⎛⎜ −T2 −T1 ⎞⎟ = e −e +1 ⎟ I pr′ Rt T2 − T1 ⎜⎝ ⎠

(4.52)

Minimalni faktor zasi}ewa (predimenzionisawa) K u jedna~ini (4.52) je funkcija vremena t. Potpunu za{titu osigura}e maksimalna vrednost faktora, koja mo`e da se odredi ra~unawem minimalne vrednosti:

K≥

ωT2T1 ⎡

⎢e T2 − T1 ⎣⎢

−

T1 T ln 2 T2 −T1 T1

−e

−

T2 T ln 2 T2 −T1 T1

⎤ ⎥ +1 ⎦⎥

Kod prakti~nih prora~una celishodno je da se uvede novo zanemarivawe. Lako je videti, da pove}awe vrednosti T2 preko svake granice pove}ava i vrednost za K, {to pove}ava sigurnost. Ako T2W → ∞ , tj. struja pobude strujnog transformatora u nezasi}enom stawu je zanemarqivo mala (nepovoqan slu~aj, jer velika pobudna struja, tj. malo T2, smawuje opasnost od zasi}ewa):

K ≥ ωT1 + 1,

(4.53)

odnosno ako je ωT1>>1, onda:

K ≥ ωT1 =

X1 R1

(4.54)

Potrebni faktor zasi}ewa (predimenzionisawa) iskqu~ivo zavisi od vremenske konstante primarne mre`e. Druga~ije:

UK ≥

X1 ' I pr Rt R1

(4.55)

To je jedna veoma jednostavna jedna~ina za prora~un. Vrednosti X1/R1 i I'pr treba da se uzmu za najnepovoqnije mesto, u op{tem slu~aju treba da se uzme za kratak spoj koji nastaje neposredno ispred za{tite. Taj slu~aj je kod daqinske za{tite kratak spoj na po~etku voda, kod diferencijalne za{tite na strani najve}e snage, ali za slu~aj unutra{weg kratkog spoja. Na taj na~in }e mo}i da se potpuno izbegne zasi}ewe. Vrednost za Rt koja figuri{e u jedna~ini (4.55) treba da se odredi na osnovu ta~ke 4.91. Ako induktivnost sekundara ne mo`e da se zanemari, onda umesto Rt treba uzeti apsolutnu vrednost impedanse Zt. Zaostala remanencija u gvozdenom jezgru strujnog transformatora ote`ava prora~un. Ta~ka c) prikazuje weno uzimawe u obzir. Ako prora~un za najve}e naprezawe usled kratkog spoja nije mogu} zbog tehni~kih ili ekonomskih razloga, onda kao kompromis mo`e da se sledi na~elo: - potpuno iskqu~ewe zasi}ewa treba da se postigne samo u ta~ki koja je kriti~na za

110 za{titu, X1/R1, odnosno podatke za I'pr treba odrediti za ovu ta~ku (npr. kod daqinske za{tite spoqa{wi kratak spoj koji nastaje na kraju prvog stupwa, kod diferencijalne za{tite najbli`i spoqa{wi kratak spoj, i struja koja proti~e kroz za{titu, odnosno treba da se uzme u obzir X1/R1 koje se odnosi na sopstvenu stranu; - istovremeno za pravilan i brz rad za{tite unutar granica stepena, za unutra{we kratke spojeveve (na spomenutom najnepovoqnijem mestu) treba koristiti metodu b), tj. zasi}ewe treba da se izbegne samo do trenutnog delovawa za{tite. b) Izbegavawe zasi}ewa do prorade za{tite Metoda se u prvom redu koristi u kombinaciji sa metodom a), uz primenu onoga {to je napisano tamo. Me|utim kod takvih za{tita, koje za spoqa{we kratke spojeve kod zasi}ewa ne}e pogre{no da se pobude, najvi{e {to }e se desiti je usporewe ~lana za vrednovawe/merewe. Ova metoda mo`e da se koristi i samostalno. Npr. daqinske za{tite ovu metodu mogu dobro da koriste za postizawe brzog rada kod veoma bliskih sopstvenih kratkih spojeva; ako je me|utim kratak spoj nastao na granici drugog stepena, nije lo{e ako merni ~lan vremenski zategnutog stepena za{tite mo`e ta~no da meri tek nakon prestanka tranzijentnog zasi}ewa, jer je vremenska zadr{ka stepena

Slika 4.75. Nomogrami za me|usobne zavisnosti izme|u T1, K, T2 i tt na osnovu jedna~ine (4.52)

111 ve}e od ukupnog vremena tranzijentnog zasi}ewa. Ova tvrdwa je naravno samo onda ta~na kada kod kratkog spoja u drugom stepenu ne mo`e da do|e do pogre{nog brzog iskqu~ewa (iskqu~ewe u prvom stupwu) zbog zasi}ewa. U slu~aju diferencijalne za{tite kod spoqa{weg kratkog spoja mo`e da do|e do takvog pogre{nog iskqu~ewa Dakle, one mogu da se prora~unaju po metodi a) ili a)- b). Su{tina metode b) je da uva`i nastanak tranzijentnog zasi}ewa, da se dimenzionisawem (K) osigura, da vreme po~etnog preslikavawa bez zasi}ewa i izobli~ewa bude dovoqno za pravilan rad trenutnog stepena za{tite. Ova metoda se zove metodom vremena zasi}ewa. Vreme zasi}ewa (engleski: time-to-saturation) mo`e da se odredi pomo}u jedna~ine (4.52). Kada se primeni ova metoda, obi~no se uzme u obzir i stvarna vrednost za T2, jer i to poma`e da vrednost za K bude ni`a. Za jedna~inu (4.52) dati su nomogrami na slici 4.75. Pomo}u wih brzo mogu da se prona|u sve me|usobne veze izme|u T1, K i T2, kao i vremena zasi}ewa tt.

Slika 4.75. nastavak sa strane 110.

112 Po{to je metoda b) ta~nija, ima mawe rezerve, bezuslovno treba da se uzme u obzir, ako impedansa sekundarnog kruga nije ~ista aktivna otpornost. U su{tini faktor 1/cosϑt na kraju jedna~ine (4.51) treba naknadno da se uzme u obzir. Ovo je mogu}e izvesti tako {to se na slici 4.75. vrednosti K na okomitoj osi dodaje vrednost

1 − 1 , tj. potrebna vrednost za K bi}e za ∆K ve}a (kada je zadato K' onda cos ϑ t treba ∆K da se oduzme, na okomitoj osi treba da se uzme u obzir smawena vrednost za K). ∆K =

Za razne tipove i izvedbe za{tite proizvo|a~i zadaju minimalno vreme zasi}ewa. c) Uzimawe u obzir remanencije Prilikom prekidawa struja kratkih spojeva, kod merewa jednosmernom strujom na strujnim transformatorima (merewe otpornosti namotaja, ispitivawe polariteta), prekida sekundarnog kruga koji je optere}en pogonskim strujama ili zbog geomagnetskih uticaja u gvozdenom jezgru mo`e da nastane remanencija. Ako smer remanencije ima isti smer sa tranzijentnim fluksom, onda tranzijentno zasi}ewe mo`e ranije da nastane. Ovo se mo`e spre~iti daqim predimenzionisawem. Potrebno predimenzionisawe u slu~aju remanencije:

K′ = K

1 K 1− R 100

(4.56)

gde je K ranije utvr|ena vrednost za predimenzionisawe bez remanencije; K R =

BR ⋅100 BK

postotna vrednost remanencije koja se odnosi na zasi}ewe. U slu~aju mogu}eg predimenzionisawa datog K', K' treba da se pomno`i sa faktorom (1-KR/100), te ovako dobijena vrednost treba da se koristi u dijagramima sa slike 4.75. Maksimalnu postotnu remanenciju daje proizvo|a~ strujnog transformatora, wena vrednost mo`e da bude jako promenqiva (0...60%).

113

5. Automatika za uspostavqawe redovnog stawa nakon smetwi

Automatika za uspostavqawe redovnog stawa nakon smetwi se ugra|uje sa ciqem, da se nakon ukidawa kratkog spoja (otklawawe neredovnog pogonskog stawa) od strane za{tite poku{a uspostaviti normalan pogon. Wen glavni zadatak je dakle, da bez obzira na kvar i iskqu~ewe zbog kratkog spoja, osigura neprekidnost isporuke elektri~ne energije. Drugim re~ima, umesto rukovaoca, o`ivqava postrojewe, nakon smetwi, u normalno stawe pogona i uspostavqa neprekidnost pogona. Sve se to odvija br`e, odlu~nije i sigurnije nego {to bi mogao da uradi ~ovek. Automatika za uspostavqawe redovnog stawa nakon smetwe mo`e biti: - automatika za ponovno ukqu~ewe, koja poku{ava da ponovo stavi u pogon postrojewe iskqu~eno za{titom (ta~ka 5.1) - automatika za prebacivawe, tj. automatika koja ukqu~uje rezervno napajawe postrojewa, iskqu~eno od delovawem za{tite (ta~ka 5.2) - potro{a~ka automatika, koja otklawa ili ograni~ava smetwe nastale usled sloma napona razli~itog trajawa (v. detaqno u ta~ki 3.2), odnosno naponske pauze kao posledica rada napred navedenih tipova automatike, omogu}avaju}i time kori{}ewe prednosti automatskog ponovnog ukqu~ewa, odnosno prebacivawa; - specijalne automatike sistema (v. detaqno u ta~ki 3.3, odnosno 9).

5.1. Automatika za ponovno ukqu~ewe Ako je kratak spoj nastao zbog preskoka, tj. nastao u vazduhu, nakon brzog ukidawa (iskqu~ewa) kratkog spoja, sa veoma velikom verovatno}om mo`emo da se nadamo, da postrojewe mo`e ponovo da se stavi pod napon bez ponovnog paqewa luka. Ako se neko neredovno pogonsko stawe ukida iskqu~ewem, u jednom broju slu~ajeva tako|e mo`emo da se nadamo, da postrojewe mo`e da se opet stavi u pogon ponovnim ukqu~ewem. Ove zadatke ostvaruje automatika za ponovno ukqu~ewe. 5.1.1. Odre|ivawe optimalnog vremena beznaponske pauze za ponovno ukqu~ewe Vreme beznaponske pauze ponovnog ukqu~ewa treba da se odredi na osnovu slede}ih bitnih gledi{ta:

114 a) Pogon prekida~a Pogon prekida~a nakon iskqu~ewa treba da bude sposoban da izvr{i dobijeni nalog za ukqu~ewe. Danas se zahteva od savremenih prekida~a da se vreme beznaponske pauze zbog pogona smawi i do 0.3 s. Kod prekida~a starijih tipova najmawe dozvoqeno vreme beznaponske pauze iznosi 0.6...1.5 s. Po potrebi prekida~i treba da se zamene. b) Mo} ponovnog prekidawa prekida~a Sredina za ga{ewe luka prekida~a koji prekida kratak spoj, nakon naprezawa tokom prvog prekidawa, treba da bude efikasna kod automatskog ponovnog ukqu~ewa ~ak i u slu~aju kratkog spoja koji se ponovo javqa, tj. prekida~ treba da bude u stawu za ponovno prekidawe struje kratkog spoja. Ovo zahteva, da ~inioci ga{ewa luka i u slu~aju kratkog vremena beznaponske pauze budu ponovo delotvorni (da se kondenzuju pare te~nosti, da prestane nastali dodatni pritisak, da se ohlade zagrejani kontakti, da se o~isti putawa luka itd.) Ako je vreme beznaponske pauze kratko, onda se po~etna delotvornost jednog dela ~inilaca za ga{ewe ne}e povratiti (npr. pritisak }e sa maksimuma opasti samo za 1/4), tako da se drugo ga{ewe luka odigrava pod te`im okolnostima. Prekida~ se obi~no konstrui{e tako da mo`e da ostvari zaredom cikluse ga{ewa luka i ponovnog ukqu~ewa, tj. kao nazivna vrednost za mo} prekidawa zadaje se ona koja je mawa od standardne jednostruke vrednosti za mo} prekidawa. Npr. jedan standardni ciklus je dat kao CO-0.3''-CO-0.3'-CO, gde je C=ukqu~ewe (close), O=iskqu~ewe (open), a vremena pisana izme|u oznaka su vremena beznaponske pauze (0.3 s i 0.3 min). Opisani ciklus odgovara npr. jednom dvostepenom ponovnom ukqu~ewu. Ako se prekida~ `eli koristiti pod stro`im uslovima, od onih koji su propisani u katalogu proizvo|a~a, odnosno u standardu za prekida~ (npr. umesto ciklusa datog napred CO-0.3''-CO-0.15''-CO, kao npr. na ma|arskoj sredwenaponskoj mre`i), onda nazivna prekidna mo} prekida~a sme da se koristi u smawenom obimu. Ova smawena vrednost se dobije od proizvo|a~a ili odre|uje tipskim ispitivawima shodno promewenim uslovima. c) Dejonizacija mesta gde je nastao luk usled kratkog spoja. Verovatno}a uspe{nosti Ponovno ukqu~ewe je uspe{no onda, kada se nakon ponovnog ukqu~ewa kratak spoj ne javi. Uslov za ovo je da u toku perioda beznaponske pauze do|e do dejonizacije na mestu kratkog spoja. Po iskustvu vreme dejonizacije zavisi od naponskog nivoa mre`e, du`ine voda itd. Vreme dejonizacije nakon kratkog spoja, ako je iskqu~ewe tropolno, po iskustvu na 20 kV je oko 80 ms, na 120 kV je oko 170 ms i na 220 kV je oko 340 ms (pretpostavqena verovatno}a ponovnog paqewa 5 %). Izme|u du`ine beznaponske pauze i uspe{nosti ponovnog ukqu~ewa, postoji. Pored dejonizacije na ovo uti~e priroda kratkih spojeva koji nastaju: npr. du`e vreme beznaponske pauze je potrebno za slu~aj kada na mestu kvara postoji vla`ewe povr{ine, isparavawa, zaga|ewe, odnosno kada je kratak spoj prouzrokovao neki predmet, npr. grawe, grana, vetrom nane{eni strani materijal, predmet koji se ispu{ta iz aviona (npr. u`e za vu~u jedrilice) itd. Iskustvo za dalekovode naponskog nivoa 15...135 kV daje slede}e podatke radi obave{tewa: ako je vreme beznaponske pauze ponovnog ukqu~ewa 0.35 s, verovatno}a uspe{nog ponovnog ukqu~ewa je 70%, ako je vreme beznaponske pauze 2 s, verovatno}a uspe{nosti je oko 85%, ako je 30 s, verovatno}a }e biti 92 %. Podaci predstavqaju sredwe vrednosti i zavise jo{ od mnogo drugih ~inilaca, ali je tendencija op{teva`e}a. [to je du`e vreme beznaponske pauze utoliko je ve}a verovatno}a uspe{nosti ponovnog ukqu~ewa. Ako je du`ina beznaponske pauze ve}a od 120 s prakti~no ne raste uspe{nost, odn. u pitawu su trajni kratki spojevi (prekid vodova, ru{ewe stubova, slom izolatora itd.) koji prouzrokuju trajna iskqu~ewa, pa ovi razlozi ne}e prestati pove}avawem vremena beznaponske pauze.

115 d) Gledi{ta potro{a~a Ako je potro{a~ snabdeven elektri~nom energijom preko om~aste mre`e, tj. energija mo`e da stigne do potro{a~a preko vi{e puteva, onda ispad jednog elementa, odnosno primena ponovnog ukqu~ewa za potro{a~e nije od bitnog zna~aja. Ako je potro{a~ snabdeven elektri~nom energijom preko radijalne mre`e, ili je mre`a om~asta, ali ona povremeno mo`e da postane radijalna zbog odr`avawa, onda ispad jednog elementa mre`e zna~i prestanak snabdevenosti. Tada za potro{a~a primena sistema ponovnog ukqu~ewa postaje egzistencijalni interes. Sada je pitawe samo izbor vremena beznaponske pauze. Zna~ajan deo potro{a~a je osetqiv na beznaponsku pauzu (detaqnije u ta~ki 3.2) koje su neizbe`ne. To je slu~aj npr. sloma napona usled kratkog spoja, za koga je karakteristi~no da se ba{ ~e{}e javqa na om~astoj mre`i zbog ve}e povezanosti mre`e. Kod potro{a~a koji su osetqivi na beznaponsku pauzu ve} u ovome slu~aju treba da se primeni odgovaraju}a za{tita (ta~ka 3.2.1. pod a). Za vreme beznaponske pauze kod automatskog ponovnog ukqu~ewa u su{tini su ve} ova sredstva odgovaraju}a. Naravno delotvornost sredstava je utoliko ve}a, ukoliko je wihovo postavqawe jednostavnije, {to je vreme beznaponske pauze ponovnog ukqu~ewa kra}e. e) Zahtevi stabilnosti Kod ponovnog ukqu~ewa takvih elemenata preko kojih se ostvaruje zajedi~ki rad sa elektranom, prilikom odre|ivawa vremena beznaponske pauze treba da se uzmu u obzir i zahtevi stabilnosti. U malim elektranama nakon iskqu~ewa voda za zajedni~ki rad usled kratkog spoja, generatori uspore zbog preoptere}ewa. Prema jedna~ini (4.2) iz literature [7] u toku beznaponske pauze trofaznog ponovnog ukqu~ewa veli~ina zakretawa faznog ugla iznosi:

∆δ ≈ 900

∆P 2 t , Pn

(5.1)

gde je t - beznaponska pauza u s. Npr. na osnovu slike 5.1, u slu~aju snage potro{we od 20 MW i snage generatora od 5 MW:

∆δ ≈ 900

15 2 t = 2700t 2 , 5

tj. zakretawe ugla: t,s 0.1 27 ∆δ ο

0.2 108

0.3 243

0.4 432

Mo`e da se vidi da i najve}a mogu}a beznaponska pauza ponovnog ukqu~ewa ne}e spre~iti ispadawe generatora iz stawa sinhronizma, te }e svako ponovno ukqu~ewe sa velikom verovatno}om biti neuspe{no. Celishodne mere kod malih elektrana (slike 5.1): - Treba iskqu~iti prekida~ generatora G, i time osigurati uspe{nost ponovnog ukqu~ewa voda V sa napojne strane i potro{a~e A+B snabdeti sa mre`e. - Iskqu~iti prekida~ SH za spajawe sabirnica, i time osigurati kontinualno snabdevawe potro{a~a A sa elektrane, a istovremeno potro{a~e B snabdeti sa voda V ponovnim ukqu~ewem. - Treba da se iskqu~e prekida~i K i ne primeniti ponovno ukqu~ewe. Tako }e potro{a~i A biti kontinualno snabdeveni sa male elektrane, a istovremeno potro{a~i B do ponovnog stavqawa dalekovoda V pod napon bi}e bez napajawa.

116

Slika 5.1. Odvajawe male elektrane

- Ne treba dati nikakve naloge, ve} se nadati da }e asinhrona mala elektrana koja se ponovo ukqu~uje uspeti da se resinhronizuje, {to treba da se proveri prora~unom. Resinhronizacija mo`e da se pospe{uje tehni~kim sredstvima (npr. gruba automatska sinhronizacija). Od ovih mogu}nosti treba da se odabere optimalna uz uzimawe u obzir svih okolnosti. Potrebne naloge mo`e dati podfrekventni relej koji meri frekvenciju na sabirnicama stanice E koja je ostala sama, ili usmereni prekostrujni relej za struju kratkog spoja koji ose}a povratnu energiju, a ugra|en je u krajwu ta~ku F voda V, ili daqinski poslat impuls za iskqu~ewe sa za{tite M iz napojne stanice T.

a)

b)

c)

Slika 5.2. Neposredni vodovi za elektrane a) Vodovi po jedinicama; b) izme{tene elektrane; c) elektrane sa po jednim i po prekida~em (kod K ne mo`e da bude trofaznog ponovnog ukqu~ewa, kada je iskqu~en prekida~ S i obrnuto)

Na neposrednom vodu za elektranu (na prekida~ima K slike 5.2) ne sme da se ostvari tropolno ponovno ukqu~ewe, jer ma{ina sigurno ispada iz sinhronizma u toku vremena beznaponske pauze ponovnog ukqu~ewa. Na osnovu jedna~ine (5.1), ako za ku}nu potro{wu uzimamo 8% nazivne snage generatora:

∆δ = 900

0.92 2 t 1

117 dobija se : t, s ∆δ ο

0.05 2.07

0.1 8.28

0.2 33.1

0.3 74.5

0.4 132.5

0.5 207

1 828

Ovim zakretawima ugla se jo{ dodaje ugao optere}ewa generatora (npr. 30o). Na taj na~in kod realnog ponovnog ukqu~ewa za 0.4 s ve} imamo 162.5o odstupawa izme|u ugla ma{ine i ugla mre`e, pa }e tranzijentna stabilnost sigurno biti naru{ena. (v. ta~ku 2.8.2).

Slika 5.3. Kratak spoj blizu elektrane.

Za kratke spojeve blizu elektrana radi sa~uvawa stabilnosti elektrana potrebna je za{tita sa trenutnim delovawem (slika 5.3). Naime, na osnovu jedna~ine (5.1), ako se 3F kratki spoj ukida za{titom za vreme t (sopstveno vreme za{tite + vreme prekida~a), onda ugao zakretawa svih generatora (po{to jedan 3F kratak spoj ukida svako kretawe energije na sabirnicama elektrane, te i ku}ni pogon):

1 ∆δ = 900 t 2 , 1 tj. t, s ∆δ ο

0.1 9

0.2 36

0.3 81

0.4 144

Ovome se dodaje jo{ pogonski ugao optere}ewa. Na osnovu ovoga mo`e da se utvrdi pravilnost ranijih tvrdwi. Na dalekovodu u om~astoj mre`i automatika za trofazno ponovno ukqu~ewe ne}e da prouzrokuje problem, kada je paralelisawe ispalog dalekovoda u pogledu stabilnosti delotvorno, tj. u toku mrtvog vremena nema opasnog zakretawa ugla. Krajwi slu~aj suprotan ovome, kada se paralelna veza prilikom iskqu~ewa kratkog spoja u potpunosti ukine, te dva dela sistema vezuje samo jedan vod. Na osnovu jedna~ine (4.3) iz literature [7] ugao zakretawa izme|u dva dela sistema mo`e da se ra~una po slede}oj formuli (oznake v. prema slici 5.4):

⎛ 1 1 ⎞ ∆δ = 900⎜⎜ + ⎟⎟∆P t 2 , ⎝ PA PB ⎠

(5.2)

Slika 5.4. Automatsko ponovno ukqu~ewe dalekovoda izme|u delova sistema

118 Ako npr. jedan sistem od 3000 MW i jedan 30000 MW vezuje jedan jedini dalekovod, preko kojeg je u redovnom pogonu prolazila snaga od 100 MW, veli~ina zakretawa u funkciji vremena nakon razdvajawa: t, s ∆δ o

0.1 0.33

0.2 1.32

0.4 5.25

1 33

1.5 74.25

2 132

Vidi se da na dalekovodu mo`e da se koristi bez problema trofazno ponovno ukqu~ewe sa beznaponskom pauzom od 1 s, ali trofazno ponovno ukqu~ewe sa ve}om beznaponskom pauzom (2...5 s) samo sa odgovaraju}om proverom sinhronizma, tj. uz proveru ~iwenice da dalekovod koji se ponovo ukqu~uje ima efikasno paralelan vod u pogonu (v. detaqno ta~ku 5.1.3). Primer je karakteristi~an, zbog toga zakqu~ak mo`e da se uop{tava, ali kod pojedinih slu~ajeva treba da se provere mogu}e situacije u redovnom pogonu i u pogonu sa smetwama. f) Delovawe prenapona u toku vremena beznaponske pauze Kod ukqu~ewa dalekovoda stvara se komutacioni prenapon, koji u najnepovoqnijem slu~aju - tj. kod ukqu~ewa u trenutku maksimuma napona - mo`e da bude oko dva puta ve}i od maksimalne vrednosti faznog napona. Kod iskqu~ewa jednofaznog ili dvofaznog kratkog spoja usled zaostalog naboja (trap charge) zdrava faza ostaje pod naponom. Ako je ponovno ukqu~ewe brzo i ponovo ukqu~eni napon je upravo u protivfazi sa naponom zdrave faze, tranzijentni napon teorijski mo`e da se podigne i na trostruku vrednost [v. (4-1)]. Ovo u odnosu na normalno ukqu~ewe predstavqa bitno pove}ano naponsko naprezawe, te sva oprema za dalekovode se dimenzioni{e na ovo (npr. rastojawe izme|u faza itd.). Za smawewe trostruke vrednosti napona postoje tri metode: - U slu~aju jednofaznih kratkih spojeva sa zemqom treba iskqu~iti samo prekida~ faze u kratkom spoju, zatim ponovo ukqu~iti, tj. primeniti jednofazno ponovno ukqu~ewe. Ova metoda, me|utim, nije re{ewe za dvofazne kratke spojeve. - Pove}ati vreme beznaponske pauze automatike za trofazno ponovno ukqu~ewe na takvu vrednost, za koju veliki deo zaostalog naboja u zdravim fazama mo`e da se isprazni (pre svega na naponskim transformatorima, mo`da preko {entiraju}ih prigu{nica koje se prikqu~uju na vod). Po iskustvu beznaponska pauza u ciqu ovoga treba da se pove}a na oko 3...5 s. Zbog toga kod ponovnog ukqu~ewa u op{tem slu~aju treba da se primeni provera sinhronizma (v. ta~ku. 5.1.3a). - Treba da se primeni takav prekida~, koji prilikom ukqu~ewa prvo pomo}u primarnih pomo}nih kontakata ukqu~uje vod preko otpornika (preinsertion resistor) ~ija otpornost odgovara karakteristi~noj impedansi dalekovoda, zatim nakon kratkog vremena, posle oko 10 ms svojim glavnim kontaktima kratkospaja otpornik. Pomo}u ove mere kod ukqu~ewa prepolovi se komutacioni prenapon, te }e biti mawi nego kod ukqu~ewa dalekovoda koji je pre ukqu~ewa bio u beznaponskome stawu. Dalekovod se dimenzioni{e na ve}i komutacioni prenapon od onog koji se javqa kod ukqu~ewa dalekovoda kada je bio u beznaponskom stawu, odnosno kod jednofaznog ponovnog ukqu~ewa (ovo u op{tem slu~aju nije ve}e od oko 2...2.3).

5.1.2. Primena automatike za jednofazno ponovno ukqu~ewe i specijalni problemi Na mre`i sa efikasno uzemqenim zvezdi{tem verovatno}a nastanka spojeva FN je oko 90...95%. Ova skoro iskqu~iva vrsta kratkog spoja upravo na ovoj mre`i mo`e da se prekida iskqu~ivawem faze u kratkom spoju te ponovnim ukqu~ivawem, po{to u toku vremena beznaponske pauze preko dve zdrave faze i preko zemqe mo`e pouzdano da se odr`ava prenos energije uz malo nesimetrije i malo pove}awe impedanse transfera {to odgovara prekidu jedne faze. Ova veza u ve}ini slu~ajeva zadovoqava kako radijalno napajane potro{a~e, tako i elektrane u zajedni~kom radu, koje su vezane iskqu~ivo preko ovog voda.

119 Prednosti primene jednofaznog APU-a (EVA) kod spojeva FN u odnosu na trofaznog APU-a (HVA) su slede}e: - U toku vremena beznaponske pauze omogu}uje vezu izme|u dve ta~ke koja mo`e da se optereti i to kako za potro{a~e, tako i za elektranu, jer kod jednofaznog prekida u mestu prekida mre`e zbog male impedanse nultog redosleda kod transformatora samo u maloj meri raste impedansa transfera ove veze. - Na osnovu onoga {to je napred re~eno, znatno mo`e da se pove}ava vreme beznaponske pauze, jer u praksi ni zahtevi potro{a~a, ni zahtevi stabilnosti nisu ograni~avaju}i. - Prednost je {to mo`e da se koristi i kod transformatora koji se na vod prikqu~uju preko T odvojka. - Zbog du`eg vremena beznaponske pauze, ako se jedna krajwa ta~ka i kasnije iskqu~i, ne}e prouzrokovati izostanak ponovnog ukqu~ewa. Nedostaci jednofaznog APU-a u odnosu na trofazno APU: - Zahteva pouzdane elemente za odabir faza - Iskqu~ni krugovi za{tite i komande su slo`eniji - Prekida~ je skupqi i slo`eniji, jer je neophodan pogon za svaki pol prekida~a ponaosob - Du`i pogon samo sa jednom ili dve faze mo`e da ometa osetqive rezervne za{tite nultog redosleda. Zavisno od procene prednosti i nedostataka u pojedinim sistemima (sovjetski, ameri~ki, ma|arski itd.) primwuje se jednofazno APU, dok se u drugim umesto wega ugra|uje samo trofazno APU. (npr. engleski). Kod primene jednofaznog APU-a mogu da se jave i specijalni problemi:

Slika 5.5. Odre|ivawe struje sekundarnog luka i napona na mestu kvara nakon ga{ewa luka a) Faza koja je monofazno iskqu~ena, u toku beznaponske pauze kapacitivnim putem ostaje u vezi sa dve zdrave faze (slika 5.5.). Struja luka koji gori i nakon iskqu~ewa, zbog toga tzv. struja sekundarnog luka prema [17] iznosi:

C0 C1 I sz = I nC , (5.3) C 1+ 2 0 C1 gde su: InC=Uf ω C1 kapacitivna struja puwewa; C1 i C0 kapacitet pozitivnog i nultog C 9 I nC . redosleda za ispitani dalekovod. Ako je npr. 0 = 0,6 , onda I sz = C1 100 1−

120 Ovaj sekundarni luk podr`ava ga{ewe. Slika 5.6. pokazuje verovatno trajawe sekundarnog luka [22]. Vremena beznaponske pauze treba da su ve}a od ovih. U stawu kada je iskqu~ena jedna faza, nakon nestanka kratkog spoja, napon koji poti~e od kapacitivnog deqewa [17]:

U R = IC

Ako je npr.

C − C0 1 = Uf 1 . ωC0 2C1 + C0

C0 = 0.6; C1

UR =

(5.4)

15.4 Uf 100

t1FAPU

Slika 5.6. Minimalno vreme beznaponske pauze jednofaznog APU-a u funkciji struje sekundarnog luka

b) Slika 5.7. Vezivawe prigu{nice za kompenzaciju sekundarnog luka u zvezdi{te a) stvarna veza; b) ekvivalentna {ema

121 Ako trajawe sekundarnog luka ne mo`e da se dozvoli, odnosno na datoj mre`i ne mo`e da se dozvoli potrebno vreme beznaponske pauze, kapacitivna struja treba da se kompenzuje. Ovo mo`e da se postigne pomo}u prigu{nice Xcs, koja se vezuje u zvezdi{te i prigu{nice XF za delimi~nu kompenzaciju kapacitivne struje puwewa voda, koje su sve prikqu~ene na vod i u toku vremena beznaponske pauze, sve kao na slici 5.7. Vrednost prigu{nice Xcs:

X F + 3 X cs = X 0 =

1 ; ωC0

1 1 X cs = ( − X F ). 3 ω C0

(5.5)

Vrednost za XF mo`e da se bira prema zahtevima kompenzacije u pogonu, od koje prema jedna~ini (5.5) zavisi potrebna vrednost za Xcs.

Slika 5.8. Sekundarna porekla

struja

luka

induktivnog

b) Na mestu kratkog spoja iskqu~ene faze u kvaru, struju sekundarnog luka mo`e da pove}ava i induktivno dejstvo. Ako je npr. kratak spoj nastao u blizini jedne krajwe ta~ke (slika 5.8.), struje IS i IT koje indukuju napon u faznom provodniku R, koji preko luka koji jo{ gori, preko kapaciteta C0/2 i zemqe napaja struju luka. Ako se kratak spoj pomera prema sredini voda, onda ova struja opada. Ako kratak spoj nastane ta~no na sredini voda na mestu kratkog spoja ne te~e struja usled induktivnog uticaja. Struja sekundarnog luka usled induktivnog uticaja mo`e jednostavno da se kompenzuje tako da se paralelna kompenzacija po izrazu (5.5) ostvaruje podeqeno na oba kraja voda. Ovo je, me|utim, s jedne strane predefinisano (XF se bira po drugim gledi{tima), a sa druge strane ~esto ispada nepotrebno skupo re{ewe.

5.1.3. Automatsko ponovno ukqu~ewe u raznim mre`ama; preporu~ena vremena beznaponske pauze a) Sistemi visokonaponske mre`e sa efikasno uzemqenim zvezdi{tem U pojedinim energetskim sistemima primewuju se slede}i sistemi ponovnog ukqu~ewa: - jednofazno APU (EVA) za kratke spojeve FN, u op{tem slu~aju sa pove}anim vremenom beznaponske pauze (1...2 s), za kratke spojeve 2F, 2FN i za 3F trofazni APU (HVA) sa kratkim vremenom beznaponske pauze (0.3...0.4 s), bez provere sinhronizma. Ovo brzo ponovno ukqu~ewe po ta~ki 5.1.1 u op{tem slu~aju je odgovaraju}e {to se ti~e stabilnosti, ali treba da se proveri prora~unom. - Jednofazno APU za kratke spojeve FN, kao malopre, za vi{efazne kratke spojeve trofazno APU, ali sa dugim vremenom beznaponske pauze (3...5 s), radi dr`awa faktora prenapona na {to ni`oj vrednosti. Pored duga~kog trofaznog APU-a naravno treba da se primeni i provera sinhronizma. Su{tina ovoga je, da na jednom (pokreta~kom) kraju dalekovoda koji je iskqu~en trofazno zbog kratkog spoja nakon vremena beznaponske pauze dolazi do ponovnog ukqu~ewa samo onda, kada su na vodu nestala sva tri napona, dok na drugoj strani onda, kada su frekvencije dve strane iste (npr. ∆f tF. Kako je na osnovu jedna~ine (9.25): t=

τ 360o

T=

τ 1 ≥ tF , 360o ∆f

(9.37)

tako je uslov rada: ∆f ≤

τ

1 . 360 t F o

vrednost ugla mo`e da se odredi konstruisawem iz slike 9.25., ili pomo}u zavisnosti

τ = ρ − α, gde vrednost za α treba da se odredi iz izraza U SY == 2U A sin U OPP = 2U A sin

ρ 2

α 2

, a za vrednost ρ iz izraza

.

Ako je vrednost ∆f mawa, nego vrednost koja se dobije iz (9.37), onda }e u prelaznoj oblasti privu}i kontrolni vremenski relej i dr`a}e se u samodr`noj vezi, na prekida~ MB sti}i}e nalog za ukqu~ewe. Nakon ukqu~ewa MB zatvori}e MBsé, sada }e prekida~ MA dobiti nalog za iskqu~ewe. Kod iskqu~ewa MA pomo}ni kontakt MAsé otvara, i nakon toga otpusti}e svi releji, automatika se vra|a u svoj mirni polo`aj.

357

a)

b)

Slika 9.26. [ema za povratak a) primarni raspored; b) {ema spoja

Mo`e da nastane opasna situacija , ako automatika zbog neke gre{ke (npr. ne radi jedan pol prekida~a, prekid na sekundarnim vezama) ne mo`e da izvr{i prebacivawe, jer se dva sistema (slaba veza) razilae, te }e protye}i velika struja izjedna~ewa, i pod wenim uticajem za{tite }e spontano na nekim mestima razdvojiti sistem. Umesto spontanog, u op{tem slu~aju razdvajawa na nepovoqnom mestu ugra|uje se automatski sistem za povratak (slika 9.26.), ako kod oba prekida~a te~e struja (istovremeno }e se pobuditi IA> i IB>), onda posle vremena provere Tv ( ≈ 0,3s) blokira}e automatiku, te }e prekida~ima dati obrnuti nalog, nalog za povratak.

9.6.3. Prebacivawe generatora Ponekad umesto potro{a~a koji primaju snagu u radijalnom pogonu, celishodnije je da se generator prikqu~i radijalno na drugi sistem. U na~elu za ovo tako}e mo`e da se koristi pseudosinhrona automatika. Automatika kod datog pode{ewa, ali u slu~aju razli~ite razlike frekvencije za razli~ito vreme }e prebaciti (slika 9.23.), Ovako mo`e da prebaci pre sinhronog polo`aja, ali mo`da i posle wega. Da bi se ovo izbeglo, i da bi se smawila wihawa koja opasno napre`u turbogenerator, pre prebacivawa treba da se izmeri razlika frekvencije, te shodno ovome treba da se podesi ∆USY tako da do prebacivawa do|e gde je najpovoqnije, u okolini sinhronog polo`aja. Ovaj niz radwi obavqa elektronska varijanta automatike sama. Drugi problem je, da kod prebacivawa generatora wegova snaga optere}uje rezultantnu impedansu druge strane, na osnovu slike 9.22. to je XB, tako dakle izme}u UB i U'B nasta}e ugao optere}ewa koji odgovara snazi. Nasuprot ovome, ako automatika prebacivawe izvr{i ta~no u sinhronom polo`aju onda napon generatora i udaqeni napon U'B bi}e upravo u fazi, tako da }e generator morati wihawem da zauzme potrebni ugao optere}ewa. Da bi se ovo izbeglo, celishodno je pomo}u ve{ta~kog sklopa napon UB fazno okretati unapred toliko, koliku ugaonu razliku prouzrokuje kada snaga generatora protekne kroz XB nakon prebacivawa, tako ovo namerno nije sinhrono prebacivawe koje }e wihawa turbogeneratora smawiti na minimum. Me|utim wihawe }e ipak nastati zbog razlike frekvencije, jer npr. u slu~aju fA>fB preba~eni generator treba da se uspori, i to ide sa wihawem.

358

9.6.4. Podru~je primene pseudosinhrone automatike Automatika se primewuje u slede}im podru~jima: - Za prebacivawe generatora ili potro{a~a u grani~nom podru~ju sistema koji stalno voze asinhrono. Ciq u ovakvim prilikama je ostvarewe razmene energije, odnosno regulacije. - Kod velikih objediwenih sistema, ako je automatika za za{titu preseka, koja je opisana u 9.5. poglavqu, razdvojila sistem, ili je do{lo do spontanog razdvajawa preseka kod kriti~nih preseka, ili je do{lo do sekundarnog raspada, na grani~nim podru~jima mogu da se izvedu prebacivawa. U ovakvim prilikama ciq je da se smawi mawak u sistemima sa nedostaju}om energijom, te da se ponovo stvore uslovi za resinhronizaciju bez ograni~ewa potro{a~a, odnosno sa smawenim ograni~ewem.

9.7. Kori{}ewe ispravqa~ko-pretvara~kih stanica kod smetwi u pogonu Zadatak ove kwige nije da raspravqa o prenosu elektri~ne energije velike snage jednosmernom strujom na visokom naponu i o izgradwi, pogonu i problemima ispravqa~ko-pretvara~kih stanica. Ova tema je ipak tu, jer i wihova primena u pogonu velikih sistema zna~i znatna olak{awa, daje re{ewa za mnoge probleme. U ciqu primenqivosti kratko }emo pogledati karakteristike prenosa elektri~ne energije jednosmernom strujom.

9.7.1. Pregled prenosa na visokom jednosmernom naponu Skica visokonaponskog prenosa jednosmernom strujom mo`e da se vidi na slici 9.27. Postrojewe koje se ume}e izme|u trofaznih sistema A i B sastoji se iz slede}ih glavnih delova:

Slika 9.27. Jednopolna {ema na visokom jednosmernom naponu.

-T - êI - TV -S - FQ

transformatori koji proizvodu napon na kome se vr{i prenos upravqani pretvara~ (tiristori) na predajnoj strani u ispravqa~kom, na prijemnoj strani u pretvara~kom radu; uloga dve strane mo`e da se izmeni. dalekovod ili kabl jednosmerne struje, u slu~aju ispravqa~ko-pretvara~ke stanice ovo nedostaje, prigu{nice za filtrirawe , filtri vi{ih harmonika (ujedno su i izvori reaktivne snage). Prednosti visokonaponskog prenosa jednosmernom strujom su slede}e:

- Mo`e da se injektira velika snaga u potro{a~ka podru~ja velikih gradova i u koncentrisana industrijska podru~ja bez pove}awa snage kratkog spoja. - Veli~ina i smer preno{ene koli~ine elektri~ne energije mo`e lako i brzo da se mewa, tako da mo`e lako i da se programira npr. regulacija snaga-frekvencija na osnovu bilo koje zavisnosti.

359 - Udaqenost prenosa mo`e da bude proizvoqno velika, granicu odre|uje samo pad napona. - Mogu da se povezuju sistemi razli~itih frekvencija. Frekvencije mogu imati razli~ite nazivne vrednosti (npr. 50 i 60 Hz), ili drugo, npr. dva 50 Hz-na sistema koji iz razloga stabilnosti rade asinhrono, a frekvencije im odstupaju neznatno. - Snaga razmene izme|u sistema mo`e proizvoqno da se mewa, granicu odre|uje samo termi~ka granica prenosa. Prene{enu snagu odre|uje razlika jednosmernih napona (pad napona) dveju strana. - Uticaj na okolinu, dejstvo ja~ine poqa ispod dalekovoda itd. bla`e je nego kod prenosa naizmeni~nom strujom. Umesto ovih javqaju se specijalni problemi (korozija uzemqewa, dodatni otklon busole na brodovima u slu~aju podmorskih kabla itd.)

Bitniji nedostaci prenosa jednosmernom strujom: - Prakti~no ne mo`e da se dozvoli preoptere}ewe iznad snage koja zna~i termi~ku granicu. - Potrebno je napajawe reaktivnom snagom na obema stranama (tkz. reaktivna snaga za upravqawe i komutaciju). Vrednost ove podeqene na dve strane mo`e da bude otprilike ista kao prenesena aktivna snaga. - Izgradwa dve ispravqa~ko-pretvara~ke stanice srazmerno mnogo ko{ta.

Glavna podru~ja primene visokonaponskog prenosa jednosmernom strujom: - Prenos velikih snaga na veoma velike udaqenosti visokonaponskim vazdu{nim vodom (npr. Kabora Basa-Apolo [Cabora Bassa-Apollo] mo`e preneti 1920 MW na 1410 km sa strujom 1800 A i na naponu 1066 kV = + 533 kV, sa ventilima koji se sastoje od tiristora sa pojedina~nim naponom zatvarawa od 1,65 kV; rednom vezom 280 komada tiristora se dobija 280.1,65 = 462 kV, koji se napre`e samo sa 133 kV - 8 .133 = 1066 kV - na ovaj na~in se dobija sigurnosni faktor prenapona od 3,5). - Napajawe kablom podru~ja sa velikom koncentracijom potro{a~a u velikim gradovima i u industrijskim zonama. (Visokonaponski prenos jednosmernom strujom preko kabla je mnogo ekonomi~nije, nego naizmeni~nom strujiom zbog izostanka dielektri~nih gubitaka, skin-efekta, kapacitivne struje puwewa itd.; posebna prednost primene je da u ta~ki napajawa ne pove}aava snagu kratkog spoja). - Izgradwa podmorskih veza. (Za prenos velikih snaga razmene izme|u velikih sistema, npr. izme|u Engleske i Francuske ispod La Man{a (La Manche), 160 MW, 800 A, napon 200 kV = + 100 kV, podmorski kabl du`ine 64 km ili napajawe potro{a~a na udaqenim ostrvima, npr. izme|u Italije i Sardinije, 200 MW, 1000 A, napon 200 kV, dalekovod 292 km, podmorski kabl du`ine 121 km). - Ostvareni visokonaponski prenos jednosmernom strujom izme|u dve ta~ke povezanog, kooperativnog sistema ~ini tokove snaga unutar sistema povoqnijim, te u op{tem slu~aju omogu}uje da se velike snage transportuju odabranim putevima. - Visokonaponski prenos jednosmernom strujom bez udaqenosti, tkz. "umetak sa jednosmernom strujom" omogu}uje vezu sistema razli~itih nazivnih frekvencija (50...60Hz) ili omogu}avawe prenosa snage razmene izme|u velikih sistema, koji iz razloga stabilnosti ne mogu da se povezuju paralelno, sa mogu}no{}u lake regulacije i okretawa smera prenosa snage razmene. Sada visoki jednosmerni napon nije imperativ jer je udaqenost prakti~no 0 km. - Jo{ prakti~no nije nastala, ali u perspektivi mo`e da se zamisli, te u na~elnim planovima su se ve} bavili formirawem superponiranih mre`a jednosmerne struje.

360

9.7.2. Uloga ispravqa~ko-pretvara~kih stanica u pogonu i kod smetwi u pogonu Prenos velike snage jednosmernom strujom bez udaqenosti - tj. primena umetka sa jednosmernom strujom" - je opravdan samo na onim mestima, gde se povezuju mre`e sa razli~itim nazivnim frekvencijama (npr. severni u ju`ni deo Japana), ili ako se `eli ostvariti ekonomi~an transport snage razmene izme|u velikih objediwenih sistema koji ne mogu da rade paralelno. Za ovo je primer zapadnoevropski sistem UCPTE ~iji je ~lan Austrija, te objediweni sistem SEV-a ~iji je ~lan Ma|arska. Izme|u Austrije i Ma|arske ve} vi{e decenija va`i sporazum o razmeni snage. Ovo ima ekonomske razloge, a to je da preko leta, kada ima vi{e vode Austrija koja ima vi{e hidroelektrana daje elektri~nu energiju u vrhu, a ma|arski sistem u zimskom periodu kada ima malo vode daje elektri~nu energiju Austriji. S jedne strane Austrija leti ima vi{ak energije, s druge strane u Ma|arskoj mo`e neometano da se obavi remont elektrana. Ma|arska Austriji daje no}nu energiju, jer nije kapacitet elektrana mali nego ima malo vode, tako voda koja se no}u zadr`i u akumulacijama mo`e da se koristi u vrhu; a satna iskori{tenost ma|arskih elektrana se poboq{a, i umesto skupe zimske enrgije dobija se nazad vi{e letwih kWh. Tipi~an primer sporazuma na osnovu uzajamnih pogodnosti. Ono {to predstaqa problem, je predaja snage razmene, pridr`avawe voznog reda. Sve dosada ovo je re{avano pomo}u pseudosinhrone automatike koja je opisana u 9.6. potpoglavqu, s jedne strane radijalnim napajawem ma|arskih potro{a~a, s druge prikqu~ivawe ma|arskih generatora da radijalno napajaju austrijske potro{a~e, te vra}awem nazad na ma|arsku mre`u. Razmena snage koja je ostvarena pseudosinhronom automatikom omogu}ila je i jo{ }e godinama omogu}iti kooperaciju sa uzajamnim prednostima, mada bez obzira na jednostavnost i malu cenu ima i vi{e lo{ih strana. - Iznad grani~ne razlike frekvencije ne mo`e da se koristi (ova razlika iznosi oko 0,6...1,2 Hz). Granica je naro~ito o{tra kod prebacivawa generatora. - Dinamizam prebacivawa ponekad stvara problem i tako smetwu u pogonu (npr. u slu~aju kvara prekida~a). Odr`avawe dalekovoda ili delova trafostanica itd. ograni~ava primenqivost. ^este komutacije prekida~a i drugih aparata prouzrokuju dodatne kvarove. - Ispomo} pri smetwi u pogonu mo`e da usledi tek nakon dugotrajnih priprema (potrebno vreme priprema oko 30 minuta...2 sata), jer treba pripremiti odgovaraju}u sliku mre`e koja }e odgovarati prebacivawu. Ove nedostatke mo`e da re{i ispravqa~ko-pretvara~ka stanica koja je planirana da se umetne izme|u ma|arskog i austrijskog sistema. Glavne prednosti - ovo va`i za svaki sli~an raspored: - Lako ostvarewe proizvoqnog voznog reda, programa i regulacije. - Mogu}nost brze ispomo}i u oba smera. - Stalan miran rad uz nepromewenu primarnu sliku mre`e. - Na ma|arskoj strani mre`a mo`e da bude u punom pogonu, nema razdvojenog "austrijskog" i "ma|arskog" dela mre`e. - Izme|u Austrije i ^ehoslova~ke ve} nekoliko godina radi ispravqa~kopretvara~ka stanica ("umetak sa jednosmernom strujom") u stanici Dirnror (Dürnrohr). U pravcu Ma|arske se planira ugradwa "umetka sa jednosmernom strujom" u stanici Vin-Zidost (Wien-Südost).

361

362

Stru~na literatura

[1] ASEA, Relay Division: Protective relais for generators, transformers, busbars, lines and industrial installations (Za{titni releji za generatore, transformatore, vodove i industrijske instalacije): Lectures.1976. [2] ASEA, Relé Szimpózium (Simpozijum o relejima).1976. [3] Bach Iván: Kettôs távvezetékek védelmi kérdései (Pitawa za{tite dvostrukih dalekovoda). VEIKI, Budapest,1962. [4] BBC, Microprocessorgesteuertes Schutzrelais Typ MC 91 für Motoren, Transformatoren und Leitungsabgänge (Mikroprocesorski upravqani za{titni releji tipa MC 91 za motore, transformatore i dalekovodne izvode) (0705/0714). [5] BBC, Solid-State Relays and Protcction Systems: Catalogue.1982. (Katalog za{titnih releja) [6] Bendes T.: Országos villamosenergia hálózat korszerû védelmének kérdései (Pitawa moderne za{tite elektroenergetske mre`e). Mérnöki Továbbképző Intézet, Budapest,1954. [7] Bendes-Boromnissza-Kovács-Fóka: Villamos Energiarendszerek védelme és automatikája (Za{tita i automatika elektroenergetskih sistema). Műszaki Könyvkiadó, Budapest,1971. [8] Bendes-Hatvani: Villamosművek III (Elektri~na postrojewa). KKVMF jegyzet. Műszaki Könyvkiadó, Budapest,1982. [9] Benkó-Kovács-Fóka: Villamos hálózatok védelmei és automatika rendszerei. ERŐMŰVEK (Za{tita i automatika elektroenergetskih sistema. Elektrane). Ipari Vezetőképző intézet, EsztergomKertváros,1984. [10] Benkó-Szőts: Generátor aszinkron üzemét érzékelő védelem (Za{tita generatora od asinhronog rada). MVMT Közlemények. Budapest, 1985. 6. szám. [11] Berdy, J.: Loss of Excitation Protection for Modern, Synchronous Generators (Za{tita od gubitka pobude za moderne sinhrone generatore). IEEE Transaction, PAS Nr 5. Sept/Oct.1975. [12] Bornard, P.-Bastide, I. C.: A Prototype of Multiprocessor Based Distance Relay (Prototip daqinskog releja zasnovanog na vi{e procesora). IEEE Transaction, PAS, February,19R2. [13] Brown Bovery Company, Schaltreserveschutz typ SIX 109 b (Za{tita od otkaza prekida~a). CH-ES-63-81D. [14] Degens, A. J.-Langedijk, J. J. M.: Integral Approach to the Protection of Power Transformers by Means of a Microprocessor (Integralni pristup za{titi transformatora snage pomo}u mikroprocesora). Electrical Power Energy System,1985. January. [15] Erdélyi I.: GKV gerjesztéskimaradási védelem (Za{tita od izostanka pobude). VEIKI, 34.98-539-4 sz. [16] Fedoszejev, A. M.: Villamos gépek és hálózatok védelme (Za{tita elektri~nih ma{ina i mre`a). Nehézipari Könyv- és Folyóiratkiadó V. Budapest, I954. [17] Geszti P.O.: Villamosművek (Elektri~na postrojewa). Tankönyvkiadó; Budapest,1967. [18] Geszti P. O.: Villamos energiarendszerek (Elektroenergetski sistemi). Tankönyvkiadó, Budapest, 198384-85. [19] Geszti P. O.: - Kovács K. P.- Vajta M.: Szimmetrikus összetevők (Simetri~ne komponente). Akadémiai Kiadó, Budapest, 1957. [2O] Geszti P. O.- Póka Gy.: Impedance Seen by Distance Relays in a General Case (Impedansa koju vidi daqinski relej u op{tem slu~aju). Acta Technika, Budapest,1965. 3/4. pp 403-420. [21] Girgis, A. A.: A New Kalman Filtering Based Digital Distance Relay (Novo Kalmanovo filtrirawe zasnovano na digitalnom daqinskom releju). IEEE Transaction. PAS 101.1982. No. 9. pp. 3471-3480. [22] Haubrich, H. J.: Einpolige Kurzunterbrechung in Höchstspannungsnetzen über 500 kV (Jednopolni kratak prekid u mre`i preko 500 kV). ETZ-A. 91.1970. 8. pp. 453-45R, [23] Hódos M.: Földzárlatoltás a zárlatos fázis földelésével (Ga{ewe zemqospoja uzemqewem faze u kvaru). VEIKI, Budapest,1967 [24] Hódos-Kovács-Radvánszky- Weingart: Integrált áramkörös védelmi alapkapcsolások alkalmazása (Primena osnovnih {ema sa integrisanim kolima). VEIKI. RTF-30.1971. [25] Ilar, M.-Zidar, J.-Fiorentzis, M.: Neueringen im Generatorschutz (Inovacije u za{titi generatora). BBC Mitteilungen. 1978. 6. sz. [26] Kimbark, E. W.: Power System Stability (Stabilnost energetskog sistema). John Wiley & Sons Inc., New York,1948. [27] Kimbark, E. W.: Charts of Three Quantities Associated with Single Pole Switching (Tablica triju veli~ina pridru`enih jednopolnoj komutaciji). IEEE Transaction. PAS-94.1975. 2. pp. 388-395.

363 [28] Kiss Kálrnán: EIW-lt elektronikus visszteljesítményvédelem (Elektronska za{tita od povratne snage, EIWlt). VEIKI. 34. 96-406-4. [29] Kiss Kálmán: GTV-100-I típusú generátorállórész testzárlatvédelem (Za{tita statora generatora od zemqospoja, tipa GTV-100-I). VEIKI 39-95-007-4. [30] Kiss Kálmán: HSZV-21 hangfrekvenciás szakaszvédelem (Tonfrekventna podu`na diferencijalna za{tita, HSZV-21). VEIKI. 39.00-112-4. [31] Kiss Kálinárt: Nagyteljesítményű generátor-transzformátor blokkok komplex védelme (Kompleksna za{tita blokova generator-transformator velike snage ). VEIKI Közlemények,1982. [32] Kiss Kálmán: KVL-1 kondenzátorvédelem és hibahely lokátor (Za{tita kondenzatora i lokator kvarova, KVL-1). VEIKI,1978. [33] Kiss-Kovács-Radvánszky-Weingart: Elektronikus hálózatvédelmek és automatikák alapáramkörei. (Osnovna strujna kola elektronskih za{tita mre`a i automatika) VEIKI. 34. 91-041-l.1981. [34] Kovács József: HMBR-2 megszakító beragadási, holtsávzárlat és rendellenes üzemállapot ellen védelem (Za{tita od otkaza prekida~a, od kvara u mrtvoj zoni i od neredovnog pogonskog stawa). VEIKI RTF 10/1975. [35] Kovács József: Generátor forgórész f'öldzárlatvédelem (Za{tita rotora generatora od zemqospoja). VEIKI. 34.97-431-4. [36] Kovács József: Hálózatvédelmek és automatikák tápellátása (Napajawe za{tita mre`e i automatika). VEIKI közlemenyek,1976. [37] Kovács-Weingart: Középfeszültségű kábelleágazások komplex védelme és automatikája (Kompleksna za{tita i automatika sredwenaponskih kablovskih izvoda). VEIKI 34.90-590-1.2. [38] Kovács-Póka Lászlóné-Weingart: Középfeszültségű szabadvezetéki leágazások komplex védelme és automatikája (Kompleksna za{tita i automatika sredwenaponskih vazadu{nih izvoda). VEIKI. 34.92706/1-1.2. [39] Kwong, W. S.-Clayton, M. J.-Newbould, A.-Downes; J. A.: A Microprocessor Based Current Differential Relay for Use with Digital Communication Systems, Its Design and Field Experience CIGRE(Mikroprocesorski diferencijalni strujni relej za primenu sa digitalnim komunikacionim sistemom, Wegovo projektovawe i iskustvo ). 34-02.1986. [40] LZ-96 távolsági védelem (BBC) leírása és beállítása (Opis i pode{ewe daqinskog releja LZ-96). OVRAM.1986. [41] Mason, C. R.: The Art and Science of Protective Relaying (Ve{tina i nauka relejne za{tite). John Wiley & Sons Inc., New York. 1956. [42] Ördög Tamás: KZR impedanciacsökkenési relé (Podimpedantni relej KZR). VEIKI Közlemények,1985. [43) Pattantyús: Gépész- és Villamosmérnökök Kézikönyve. 8. kötet: Villamos energia (Priru~nik za in`ewere ma{instva i elektrotehnike. 8. tom: Elektri~na energija). Műszaki Könyvkiadó, Budapest,1967. [44] Pázmándi László: Védelmek fejlesztési irányai (Pravci razvoja za{tita). VILLENKI. 246. sz.1959. [45) Pázmártdi László: Mérleg és fázisrelék alkalmazása védelmi célokra (Primena releja vage i faze za potrebe za{tite). Elektrotechnika.1960. 2.- 3. sz. [46] Pázmándi László: Középfeszültségű hálózatok földzárlatvédelme (Za{tita sredwenaponskih mre`a od kvara sa zemqom). VILLENKI. 65. sz.1961. [47] Pázmándi László: Nagyteljesítményű generátorok állórészének testzárlatvédelme (Za{tita statora generatora velike snage od zemqospoja). Elektrotechnika, 1971.4.-5. sz. pp 108-114. [48) Póka Gyula: Távolsági védelmek ébresztőelemeinek problémái (Problemi pobudnih elemenata daqinskih za{tita). Elektrotechnika.1964. 7.-8. sz. [49] Póka Gyula: Hárommérőelemes távolsági védelem problémái (Problemi daqinske za{tite sa tri merna elementa). Elektrotechnika. 1965. 10. sz, [50] Póka Gyula: Villamos energiarendszer védelme és automatikája (Za{tita i automatika elektroenergetskog sistema). I.r II. Műegyetemi jegyzet.1967. [51] Póka Gyula: Dependence of Maximum Sound Phase Fault Currents on Network Condition (Zavisnost maksimuma struje kvara u zdravoj fazi od uslova na mre`i). Periodica Polytechnika. Budapest,1968.12. pp 109-127: [52] Póka Gyula: Védelmek tervezése. A védelmek elvi kérdései. Kapcsolódó készülékek. Karakterisztikák. (Projektovawe za{tita. Principska pitawa za{tita. Prikqu~ni ure|aji. Karakteristike.). Mérnöki Továbbképző Intézet. 4727. sz. I970. [53] Póka Gyula: Védelmek tervezése. A védelmek alkalmazási kérdései. Különböző védelemfajták: Beállításszámítás.( Projektovawe za{tita. Pitawa primene za{tita. Razli~ite vrste za{tita. Prora~un pode{ewa.) Mérnöki Továbbképző Intézet. 4762. sz. .1970. [54] Póka Gyula: Igen nagy feszültségű hálózatok rendszerüzemzavar elhárító automatikáinak létesítési feltételei (Uslovi postavqawa automatika za otklawawe pogonskih smetwi u sistemu na mre`e voma visokog napona). CDU szeminárium,1972. április. Pozsony. [55] Póka-Semjén-Zalatnai: Kétvégpontú, T leágazásos távvezetékalakzat védelmeinek gépi beállításszámítása (Prora~un pode{ewa za{tita konfiguracije dalekovoda u obliku T sa dve krajwe ta~ke). VEIKI-OVRAM, Budapest,1973. március. [56] Póka Gyula: New Method for Phase Selection in Effectively Earthed Network (Nova metoda izbora faze na mre`i uzemqenim zvezdi{tem). Periodica Polytechnika, Budapest,1987. [57] Power System Protection. Principles and Components.(Za{tita elektroenergetskog sistema. Principi i komponente.) Peter Peregrinus Ltd.,1981. [58] Radvánszky Ferenc: Elektronikus frekvenciarelé (Elektronski frekventni relej). VEIKI.1978. [59] Radvánszky Ferenc: Elektronikus távolsági védelem (Elektronska daqinska za{tita). VEIKI 1980. [60] Radvánszky Ferenc: VEIKI típusú különbözeti védelmek (Diferencijalni releji VEIKI-a). VEIKI 1975.

364 [61] Rao T. S. Madhnva: Power System Protection. Static Relays. (Za{tita elektroenergetskog sistema. Stati~ki releji.) Tata M. C. Graw Hill Publishing Co. ,Limited, New Delhi,1979. [62a] SIEMENS, Datenbuch (Kwiga podataka) 1974/75. Band 1 [62b] SIEMENS, Laufer-Erdschlussschutz. Schutzeinrichtungen und Relais (Za{tita rotora zemqospoja. Za{titni ure|aji i releji),1979. [63] SIEMENS, Solid State Phase Comparison Protection (Stati~ka za{tita sa upore|ewem faza). 4E-14041A6910-U211 [64] Strörnberg: Multifunction Overcurrent Relays (Vi{efunkcijski prekostrujni releji). Brochure SPAJ-1GB-84-09. [65] Strömberg: Motor Protection Relay (Releji za za{titu motora). Brochure SPAM-1-GB-84-09. [66] Tárkányi Miklós: 120/20 kV-os transzformátorok komplex védelme és automatikája (Kompleksna za{tita i automatika 120/20 kV--nih transformatora). VEIKI Közlemények,1980. [67] Thorp, J. S.-Phadke, A. G.: A Microprocessor Based Three Phase Transformer Differential Relay (Mikroprocesorski trofazni diferencijalni relej za transformator). IEEE Transaction, PAS.1982. February. [68] Tombor Antal: Generátor-transzformátor egységek és 120 kV-os fogyasztói transzformátorok impedanciacsökkenési védelmének néhány kérdése (Nekoliko pitawa podimpedantne za{tite blokova generator-trasformator i 120 kV-nih potro{a~kih transformatora). MVMT --- OVRAM,1968. [69] Tombor Antal: Nagyfeszültségű hálózatok gyűjtősínvédelmének néhány időszerű kérdése (Nekoliko aktuelnih pitawa za{tite sabirnica visokonaponskih mre`a). MVMT, 1980. [70] Vajta Miklós: A zárlati áram (Struja kvara). Műszaki Könyvkiadó. Budapest 1956. [71] Wagner-Evans: Symmetrical Components (Simetri~ne komponente). McGraw Hill Book Company,1933. [72] Warrington, A. R. van C.: Protective Relays Volume One - 1962, and Two - 1969 (Za{titni releji, tom 1.1962, i 2.-1969). London, Chapman & Hall. [73] Weingart Ferenc: Szimmetrikus összetevő szűrők (Filtri simetri~nih komponenata). Elektronika.1960. 2.- 3. sz. [74] Weingart Ferenc: Nagyteljesítményű generátorok aszimmetriavédelme (Za{tita generatora velike snage od nesimetrije). VEIKI 1970. [75] Zalatnai Tivadar: Villamos hálózatok védelmei és automatika rendszerei (Sistemi za{tita i automatika elektri~nih mre`a). Ipari Vezetőképző Intézet, Esztergom-Kertváros,1982.

365

Indeks pojmova

A aktivni filter 194 analogni-digitalni pretvara~ 226 apsolutno selektivna za{tita 29 asinhroni pogon/rad 263 ~ hod 200 automat za smawewe pobude 26, 265 automatika za ograni~ewe kratkog spoja 123, 202-203 ~ ~ ~ potro{we u zavisnosti od frekvencije 336 ~ ~ ponovno ukqu~ewe 113-123 ~ ~ ~ ~ u osnovnoj mre`i 280-281 ~ ~ ~ ~ u sredwenaponskoj mre`i 306-308, 314, 317-318 ~ ~ prebacivawe upravqana doga|ajem 124-125 ~ ~ razdvajawe kablovskog para 123 ~ ~ razdvajawe preseka 346, 347 ~ ~ ukidawe asinhronog rada 347, 348 automatike za za{titu preseka 343 ~ ~ kablovsku mre`u 122 ~ ~ prebacivawe 113, 124-127 ~ ~ ~ kod ku}ne potro{we 326 ~ ~ ~ upravqane nastankom doga|aja 125-127 ~ ~ uspostavqawe redovnog stawa nakon smetwi 113-127, 329-359 automatsko ponovno ukqu~ewe potro{a~a 39 ~ prebacivawe 124-127 autonomna prekostrujna za{tita od kratkog spoja (AZT) 43, 294 ~ rezervna za{tita od kratkog spoja (AZTO) 290 ~ ~ ~ ~ ~ ~ (AZT) 147, 258, 276 B balastni otpornik 152 besprekidni izvori napajawa 39,40 bimetal 138 bliska rezervna za{tita 34 blokada za{tite 80 Breslerov (Breszler) princip 197 brzina promene frekvencije 336 brzi zatvara~ turbine 265 ~ stepen 54 brzo otklawawe kratkog spoja 32

~ pove}awe pobude 24, 25 brojawe 163 Buholc (Buchholz) relej V vazdu{ni procep 132 veri invers tajm, very inverse time 181 virtualni kratak spoj 76-78, 352 visokoimpedantna diferencijalna za{tita 8688 visokoimpedantna diferencijalna za{tita sabirnica 100 visokonaponski prenos jednosmernom strujom 357, 358 visokofrekventni generator {uma 233 vi{ekratni/vi{estruki APU 121 vo~ dog, Watch Dog 228 vrednovawe, sklop 94 vrednost pobude 128 vreme zajedni~kog hoda 351 vreme zasi}ewa 111 ~ otpu{tawa 30 ~ ~ za{tite 30 ~ rada za{tite 31 vremensko stepenovawe 29, 61 vrste kratkih spojeva 19 G gasni relej 146 generacije za{tita 44 generator udarnog napona 232 ~ funkcije 180, 181, 182, 204 glavni transformator 324 granica stabilnosti 21, 22 grani~ni napon sekundara 88 gruba automatika resinhronizacije 116 ~ sinhronizacija 116 D daqinska za{tita 68-82, 274, 288, 314 ~ ~, elektronska 194, 198 daqinsko ograni~ewe potro{we 344, 345 dvosmerno stepenovawe 59, 60, 61 dvostepena prekostrujna za{tita 56

366 ~ rezervna za{tita 291 dvostepeno ponovno ukqu~ewe 121 dvostruka osnovna za{tita 251, 273-275, 290 dvostruki sistem osnovne za{tite 33. 42 dvofazni pogon 279 dejonizacija 114 dejstvo okida~a nultog (smawenog) napona 51 Depreov (Deprez) relej 208 digitalni filtri 227 diskretno osetilo 218 diferencijalna za{tita 83-92, 114, 208, 276, 293, 322 ~ ~ generatora 237, 269 ~ ~ glavnog transformatora 237 ~ ~ sabirnica 99-100, 322 ~ ~ ~ sa nelinearnim ko~ewem 100 ~ ~ ~ ~ upore|ewem smerova struja 100 ~ ~ ~ ~ linearnim ko~ewem 85 ~ ~ ~ nelinearnim ko~ewem 85, 100 ~ ~ ~ postotnim ko~ewem 85 ~ ~ transformatora 88, 144 ~ ~ transformatora za pomo}ni pogon 239 ~ ~ transformatora ku}nog pogona 85 ~ ~ tronamotajnog transformatora 239-240 ~ ~ celog bloka 252 diferencijalni mera~ 171, 173 ~ relej sa postotnim ko~ewem 85 ~ ~ sa strujnim transformatorom koji se zasi}uje 148 ~ ~ ~ upore|ewem smera struja 140 ~ transformator 147 ~ strujni krug 175, 177 dodatno iskqu~ewe 289 dozvolu stru~ne slu`be za{tite za celu zemqu (MVMT - OVRAM) 36, 151 dozvoqiva razlika frekvencije 353 doseg za{tita 52-53 dr`awe u pogonu po jedinicama (blokovima) 28 duga~ka beznaponska pauza 40 dugotrajna naponska pauza 40 DC/DC pretvara~ 157 E ekvivalentna {ema zamene strujnog transformatora 101 ekonomi~nost za{tita 38 ekstremli invers tajm, extremely inverse time 181 elektrane sa zaobilaznim sabirnicama 206 ~ ~ sabirnicama 268 elektrodinami~ki releji 128-141 elektronska daqinska za{tita 194-198 ~ diferencijalna za{tita 182-186 elektronska za{tita generatora 198-206 ~ ~ od otkaza prekida~a 21-213 ~ ~ motora 206-207 ~ ~ sabirnica 208 elektronske za{tite 153, 178-234 ~ ~ generatora 198-206 ~ ~ motora 205-207

~ podu`ne diferencijalne za{tite 187 elektronski lokator kvarova 217-219 ~ potfrekventni relej ~ ugaoni releji 191 ETIVA 220-221 Z zavisnost snaga-frekvencija 331 zadr{ka dejstva okida~a nultog (smawenog) napona 39-41 zakretawe ugla od strane transformatora 8991 zaostali kratak spoj 121 zaostali naboj nakon iskqu~ewa 118 zasi}ewe strujnog transformatora 85-88, 101, 104, 112, 186, 238 zatvorena {ti}ena deonica 57 za{tita 128 ~ bloka generator-transformator 224-226, 235253, 267-268 ~ generatora 198-206 ~ generatora od preoptere}ewa 259 ~ generatora sa podeqenim namotajem od me|uzavojnog spoja 243-244 ~ dvostranonapajane mre`e u obliku luka 59 ~ i automatika glavne distributivne mre`e 286-303 ~ ~ ~ industrijskih mre`a 327-328 ~ ~ ~ mre`e ku}ne potro{we 319-326 ~ ~ ~ osnovne mre`e 272-286 ~ ~ ~ sredwenaponske mre`e 303-318 ~ koja prekriva 33 ~ kondenzatorske baterije 214-217 ~ kru`nog voda 60 ~ motora 58, 138 ~ mre`a sa efikasno uzemqenim zvezdi{tem 272-303 ~ mre`e u obliku luka 59, 60 ~ namotaja statora generatora od me|uzavojnog spoja 241-244 ~ napojnih {ina 56 ~ od brzog strujawa uqa 293, 322 ~ ~ dvostrukog zemqospoja 250 ~ ~ zemqospoja 49 ~ ~ ~ (od spoja na masu, na telo) 198-200, 204 ~ ~ ~ na sredwenaponskoj mre`i 311-315, 317318 ~ ~ izobli~ewa poqa 251 ~ ~ izostanka pobude 200, 263-264 ~ ~ jednostrukog zemqospoja 204, 248 ~ ~ nesimetrije 202-204 ~ ~ otkaza prekida~a 34, 36, 42, 211-213, 215, 316 ~ ~ ~ ~ za transformator ku}ne potro{we 322 ~ ~ ~ ~ sa pojedina~nim merewem 300 ~ ~ ~ ~ u glavnoj distributivnoj mre`i 300 ~ ~ ~ ~ u osnovnoj mre`i 211-213, 215, 278-279 ~ ~ ~ ~ sa pojedina~nim merewem 300 ~ ~ ~ ~ sa centralnim merewem 301 ~ ~ ~ sredwenaponskih prekida~a 311, 317 ~ ~ povratne snage 191, 192, 265

367 ~ ~ po`ara 294 ~ ~ porasta napona 265, 279-280 ~ ~ preoptere}ewa 42, 51 ~ ~ sloma napona 38-41 ~ om~aste mre`e 59, 61-62 ~ ~ mre`e od preoptere}ewa 51 ~ rotora generatora 248 ~ ~ ~ od preoptere}ewa 259, 262 ~ ~ ~ me|uzavojnog spoja 248 ~ ~ ~ zemqospoja 204, 248 ~ sabirnica 86-100, 144 ~ ~, prirodna 97-100 ~ ~ napojnih {ina 56 ~ ~ sa logi~kom blokadom 99 ~ ~ sredweg napona 310, 311, 317 ~ ~ u glavnoj distributivnoj mre`i 299, 300 ~ ~ u osnovnoj mre`i 277-278 ~ statora generatora od zemqospoja 198-200, 244, 268, 270 ~ sa izborom faza u krajwoj ta~ki 288 ~ faze od kvara (kratkog spoja) 316 ~ C 288 zemqospoj 18 I

IDMT 180, 181 izbor hardvera za elektronsku za{titu 226 izjedna~avawe smerova struja kod diferencijalnog releja 90, 91 izlazno kolo 158-159 izobli~ewa prouzrokovana vi{im harmonicima 18 izobli~ewe zbog vi{ih harmonika 18 ~ merewa na dvostrukom dalekovodu 75, 76 ~ napajawa 35, 69, 72, 285 izolaciona ~vrsto}a 230 izostanak delovawa/rada 32, 230 impedansa u strujnoj om~i u kratkom spoju 6264 impedantna za{tita 258, 277, 305 ~ ~, jednostepena 64-68 impedantni merni ~lan 69 ~ relej 139, 142, 170, 195, 196 ~ ~ za merewe simetri~nih komponenti 62 impedantno stepenovawe 29 invers definit minimem tajm, invers definite minimum time (IDMT) 181 ~ tajm, invers time 181 indukcioni releji 134-137 ~ relej sa bubwi}em 135 ~ ~ sa diskom 134 industrijske mre`e 327 integrator 171, 185, 218 informacioni kanal 92, 187 ispitivawa 151 ~ elektronskih za{tita 230-234 ~ udarnim naponom 230 ispitiva~ releja 150-152 ispravqa~ki releji 141-146

J jaram od mekog gvo`|a 141 jedna~ine skalirawa 62 "jednosmerna" diferencijalna za{tita 98, 99, 310, 328 ~ ~ ~ sabirnica 310, 322 jednosmerna superponirana mre`a 358 jednostavnost za{tita 37 jednostepena impedantna za{tita 64-68 jednostrano ko~ewe 140 jednofazna automatika za ponovno ukqu~ewe 42-43, 118-123 jednofazni APU 42-43, 118, 119 ~ pogon 279 jezgro releja 101 K kablovska mre`a, 120 kV-na 290 kablovski par 26 kapacitivna struja puwewa 119 karakteristika mernog ~lana sa kompenzovanim uticajem luka 74 ~ pobude sa dva kruga 284 karakteristike daqinske za{tite koje se prekrivaju 275 ~ mernih ~lanova 74 ~ sloma napona 38 kaskadni kratak spoj 37 kaskadno otklawawe 60 kategorizacija potro{a~a 41 kvar kondenzatora 214 kvarovi male verovatno}e 37 klasi~na diferencijalna za{tita 82-83 koleno zasi}ewa strujnog transformatora 88 kolo za uzimawe uzoraka 226 kompenzacija uticaja luka 74 kompenzovani termi~ki relej 138 kompleksna za{tita i automatika 219-226 komutacioni prenapon 118 kondenzatori 214 kontrolisano daqinsko iskqu~ewe 42, 43, 80 korekcija stepena usled uticaja paralelnog voda 75, 76 kotva 129-137 kratak spoj 18 ~ ~, neposredni (direktni) 18 ~ ~ koji ostaje 121 kratka naponska pauza 40 kratkospojni prekida~ 26 kratkotrajna naponska pauza 40 krive wihawa 77-78 kriti~na snaga 342 kriti~ni preseci 341 L laboratorijska ispitivawa 150-151 "lebde}i" napon 351 linearno ko~ena diferencijalna za{tita 85

368 logika iskqu~ewa 187 ~ poqa 219-226 ~ sa dozvolom iskqu~ewa 81-82 logi~ka diferencijalna za{tita 310-328~ kola 173 lokator kvara 215 ~ ~, elektronski 217-219 luk pri kratkom spoju 31

M magnetno {entirawe 147 ma|arska strategija za{tite i automatike 4243 maksimalna struja "}opavog pogona" 290 maksimalno pogonsko stawe 52 mawak proizvodwe 331 ~ snage 333, 335 ma{inski vod 235, 236 mera ugla zakretawa 118 mera~ koli~nika 166 ~ maksimuma 163-165 merewe vremena koincidencije 169 ~ smera snage kratkog spoja uz polarizaciju naponom zdrave faze 48 merni ~lan 197 merno jezgro 101 metoda vremena zasi}ewa 111 metode jednakih povr{ina 22 mehani~ki pokaziva~ sa obrtnim diskom i memorijom 159 me{awe faznih struja 94, 187, 189, 208, 299-300 me{ovite mre`e 122 mikroprocesorska za{tita 226-230 ~ ~ transformatora 229 minimalno pogonsko stawe 52 mirni deo releja 129-137 mno`iteqi/mno`ioci optere}ewa α za strujne transformatore 103 MODEM 187-191 mosna {ema 142, 145, 154, 199 motorni rastavqa~ 123 mre`e sa me{ovitim tretmanom zvezdi{ta 318 mrtva zona 34, 37, 48-49, 136, 196, 211-213, 245, 279, 313 ~ ~ merewa snage 48-49 mrtvo vreme 42, 43, 113-123 ~ ~ ponovnog ukqu~ewa 113-118 multiplekser 226 mho-karakteristika 287 mho-relej 78, 168 N NAND (logi~ko) kolo 173, 174 napojna jedinica sa Zener diodom 157 ~ ~ ~ DC/DC pretvara~em 157 napon polarizacije 196, 197, 198 ~ u toku zajedni~kog hoda 352 naponska zavisna karakteristika 214 naponski me|utransformator 154

~ ~ temperature 207 ~ ~ toplotnog stawa 138 nepotreban rad 32 nepravilnosti frekvencije 17, 335-341 neregulabilno kolebawe snage 334 neredovno pogonsko stawe 279 nesimetrija 16, 17, 202 nestalan napon 80 nivoi izolacije za{tita 36 niskonaponski odvodnik prenapona 154 NI-{ema 94 W wihawe 50, 76 ~ snage 76 ~ frekvencije 339-340 O obarawe mho-karakteristike 74 obezbe|ivawe rezervne za{tite 33-36 objediwewe sistema 330 oblikova~ 95 ograni~ava~ impulsa 126 ograni~ewe kratkog spoja 302-303 ~ potro{we vremenskim stepenovawem 338 ~ potro{we frekventnim stepenovawem 337 odabirawe faza 119 odbijawe kontakata releja 148 odvajawe male elektrane 116 odnos dr`awa 129 ~ otpu{tawa 51, 52, 129, 132, 213 odnosi momenata releja 135-137 odspojni prekida~ 26 odstupawa napona 15, 36 okida~ 50 oklop izme|u primara i sekundara strujnog transformatora 154 opadaju}i napon u kablu nakon iskqu~ewa motornih potro{a~a 125 opoziciono podru~je 354-355 opremqenost generatora za{titama 271 optere}ewe preseka 346 ~ strujnog transformatora 101-104 optimalno mrtvo vreme 326 ~ ~ ~ ponovnog ukqu~ewa 113-118 ~ razdvajawe preseka 346 osetilo za otkrivawe elektri~nog luka 311 osetqivost za{tita 37 ~ na wihawe 78 ~ potro{a~a na napon 38-41 osnovi merewa kratkog spoja 302-303 osnovne {eme elektronskih releja 154 otpor luka 31, 73, 196 otpusna vrednost 128 "o{trewe" 29

P Pazmandijeva za{tita od zemqospoja 198

369 pobuda releja 128 pobudna vrednost 128 pobudni/poticajni elemenat/~lan 68-69, 187, 194-196 pove}awe struje zemqospoja 313, 315 pogon sa zemqospojem 311 pogonska stawa male verovatno}e 37 pogonski ugao optere}ewa 117 pogre{an rad 230 ~ ~ diferencijalne za{tite 84 pogre{no iskqu~ewe usled strujnog udara pri ukqu~ewu 88-89 podeqeno napajawe podru~ja 124 ~ rezervne za{tite 285 ~ pobudnog ~lana 283 podu`na diferencijalna za{tita 94-95, 187, 189 ~ ~ ~, elektronska 187 ~ ~ ~ sa prenosom linearnog signala 93-94 ~ ~ ~ ~ prenosom logi~kog signala 93-94 ~ ~ ~ ~ upore|ewem smera snaga nultog redosleda 290 ~ ~ ~ ~ upore|ewem faznih stavova 188 ~ ~ ~ struje nultog redosleda 314 pokaziva~ nule 141, 171 ~ sa memorijom 160 ~ ~ije pokazivawe ostaje160 Pokina vetruqa 69 polarizacija zdravom fazom 48 polarizovani relej 141 poligonalna karakteristika 78 pomo}ni merni transformator 142, 143 ponovno ukqu~ewe 316 ~ ~ dalekovoda izme|u delova sistema 117 ~ ~ sa proverom napona 80 pomerawe mho-karakteristike 74 postotni diferencijalni relej 140 potfrekventni relej 213 potro{a~i osetqivi na naponske pauze 115 potro{a~ke automatike 38-41, 113 pouzdanost pogona 32-37 ~ sistema rada za{tite 32-37 prava se~ewa 136 predimpedansa releja 136, 143 preinser{n rezistor, preinsertion resistor 118 prekid 19 prekida~ 26 ~ za automatsko odvajawe 308 ~ na generatorskom naponu 235, 253 ~ pauze 308 prekomerno ko~ewe 211 prekora~ewe grani~ne frekvencije 17 prekostrujna za{tita 316 ~ ~ sa neograni~enozavisnom vremenskom zadr{kom 58 ~ ~ ~ ograni~enozavisnom vremenskom zadr{kom 58 ~ ~ ~ pam}ewem pada napona 256 ~ ~ ~ strujnonezavisnom vremenskom zadr{kom 53, 179 ~ ~ ~ strujnozavisnom vremenskom zadr{kom 58, 59, 140, 180

nelinearno ko~ewe 93, 208 neosetqivost na smetwe 173 neposredno merewe smera snage kratkog spoja47 ~ ~ struje nultog redosleda 202, 259 ~ ~ u radijalnoj mre`i 59 ~ ~ u sredwnaponskoj mre`i 315 prekostrujni relej sa pam}ewem napona 256 ~ ~ sa strujnozavisnom vremenskom zadr{kom 140 ~ ~ struje nultog redosleda 212 ~ ~ struje nultog redosleda ko~en faznim strujama 195 prekrivawe 29, 79 prelazni otpor na mestu kvara 69, 73, 196 prelazno podru~je 354-355 prenaponska za{tita kontakata 149 preotere}ewe 16, 50, 207, 258, 341 ~ - opomena 207 preporu~ena mrtva vremena 42-43, 121-122 preraspodela optere}ewa 334 preskok 122 prigu{nica za kompenzaciju 120-121 ~ u zvezdi{tu 120-121 primarna regulacija 331, 332 primarni okida~ 50 prirodna za{tita sabirnica 97-98 proba visokofrekventnog ometawa 231 probni pogon 151 provera na licu mesta 151 ~ sinhronizma 118, 121, 122 projektovawe sistema za{tite 235-328 prolazni kratak spoj 114 promena frekvencije po vremenu 336 prora~un kratkih spojeva sa mnogo varijanata 53 ~ pode{ewa stepena daqinske za{tite 70 ~ strujnog transfgormatora 101 pseudosinhrona automatika za prebacivawe 349-357 R ravnote`na automatika 343 radovi pod naponom 315 razde{ewe 66, 67 ~ od pogonske struje 51, 66, 67 razlika frekvencije 351 rasipawe impedanse 70 raspad stati~ke stabilnosti 342 ~ tranzijentne stabilnosti 342, 349 raspodela napona tre}eg harmonika198 rasporedi u blokovskim elektranama 236 ra{~lawewe sistema na delove 26 reaktantni relej 74 reaktansa transfera 19-25, 349 rezerva u topologiji mre`e 40 rezervna za{tita 123, 306, 316 rezervni transformator ku}ne potro{we 324 rezultantni prenosni odnos transformatora kod diferencijalne za{tite 91 relativni doseg za{tite 63, 64

370 relativno selektivna za{tita 29 relej 50, 118 ~ - vaga 139, 140, 170 relej sa kotvom oblika Z ~ proizvoda struja 84, 277 ~ sa plo~astom kotvom 132 ~ ~ termi~kom slikom 138 ~ strujawa uqa 276 ~ faznog ugla 166-169, 195, 196, 214 releji sa obrtnom kotvom 132-133 ~ ~ preklopnom kotvom 133 ~ ~ stalnim magnetom 131 ~ ~ uvla~ivom kotvom 134 relejno ulazno kolo 156 resinhronizacija 116 rid releji 146, 158 S saldo snaga 344-345 samoprovera 228 samostalna za{tita sabirnica 98 satni generator 218 svetle}a dioda (LED) 159 sekundarna regulacija 331 sekundarni luk 119-121 ~ prenapon 153, 230-234 ~ preseci 342 ~ relej 50 selektivno me|uvreme 29,30 selektivnost 27 ~ u odnosu na sabirni~ke {ine 208 selekcija faza odabirawe faza 119 sigurnosni faktor 51, 53 sigurnosno vreme 30 sila opruge 132 simultani kratak spoj 37 sinhrona reaktansa 254, 263 ~ oblast 354-355 sinhronizacija za{tite 80-274 sinhrono podru~je 354-355 sistem blokade 80 ~ za{tite 26-43, 325-328 ~ osnovne za{tite 33 ~ provere uslova 208 sistemi merewa impedanse kratkog spoja 62-64 ~ ponovnog ukqu~ewa 42-43, 121-122 sistemska automatika 329 slike stanica osnovne mre`e 273 slom napona 38, 39 smawewe dosega za{tite 73-75 ~ ~ mernog ~lana 73-75 ~ osetqivosti motorne za{titne sklopke 39 ~ stepena usled prelaznog otpora kvara 74 smetwe mre`e jednosmernog napona 232, 234 snaga razmene 333, 334 ~ - frekvencija, zavisnost 331 sopstveno vreme za{tite 129 ~ ~ prekida~a 31 softver elektronske za{tite 229 spontani raspad sistema 343, 346 sporo ponovno ukqu~ewe 123

sredi{te wihawa 343 stabilizacija sa ko~ewem 84-86, 182-183 ~ smera struje 84, 93 stabilizovana diferencijalna za{tita 84-86 stabilnost 20-25, 50, 115, 117, 349 staklena nit 229 standardni ciklusi za ga{ewe kratkog spoja i za ponovno ukqu~ewe114 satatizam regulacije 331 stati~ka stabilnost 21, 22 stepenasto ponovno ukqu~ewe 79-80 stoje}i deo releja 129-137 struja gre{ke 87 ~ negativnog redosleda 202 ~ izjedna~ewa u toku zajedni~kog hoda 352 strujna blokada 126 strujni generator 152, 178 ~ krugovi za diferencirawe impulsa 175 ~ me|utransformator 85, 91, 93, 102-103, 154 strujni udar pri polasku elektromotora 323325 ~ ~ pri ponovnom ukqu~ewu 51 ~ ~ pri ukqu~ewu transformatora 88-89, 184, 186, 238 strujno kolo dr`awa 226 ~ ~ za zadr{ku (ka{wewe) 177-178 ~ ~ ~ ~ (ka{wewe) impulsa 175 ~ ~ ~ produ`ewe impulsa 176 strujnoselektivna za{tita 53 strujno stepenovawe 29, 61 sudar drugog stepena 284-286 ~ pode{ewa drugog stepena 72-73 T tablica istine 174, 176 temperaturna za{tita 276, 293, 322 termistor 207 termi~ka slika 207 ~ ~vrsto}a kratkog spoja 31 termi~ki relej 138 tajm-tu-saturej{n, time-to-saturation 111 tipsko ispitivawe 151 tranzijenti pri zemqospoju 313 tranzijentna promena frekvencije 339-340 ~ stabilnost 22, 78, 98, 117, 255, 263, 276 tranzit 334 transformator ku}ne potro{we 324 ~ u hladnoj rezervi 124 trap ~arx, trap charge 118 trenutno pokazivawe 160 trewe 132, 136 treperewe kontakata 148, 149 trostepeno ponovno ukqu~ewe 121 trofazne automatike za ponovno ukqu~ewe 4243 turbogenerator 202

]

"}opavi" pogon 118, 119, 290

371 U ubrzavaju}i strujni udar 51 ubrzawe pobude 197 ugao zakretawa generatora male elktrane 115117 ~ optere}ewa 117 ~ ~ ~ preseka 346 udaqena rezervna za{tita 33-36,53 ulazno kolo 154, 155, 156 ultrabrza prekostrujna za{tita 147, 257 ukupno vreme otklawawa kvara 273 ulazno kolo sa opti~kom spregom 156 ~ ~ koje izdvaja maksimum 155 umetak sa jednosmernom strujom 357, 358, 359 unos analognih veli~ina 154 ~ logi~kih signala 156 unutra{wi ugao 135, 137, 166, 193 ~ ~ usmerenog releja 48 upore|ewe smera snaga 83, 96 ~ ~ struja 83 upore|iva~ 178, 185, 186, 211, 218 ure|aj protiv wihawa 43, 78 uslovno prekrivawe 289 usmereni zemqospojni relej 192,193 ~ relej 47 ~ ~ energije usmereni relej snage ~ ~ snage 135-138, 143, 167, 170 ~ ~lan 47 ~ ~ snage kratkog spoja 70 uspe{nost ponovnog ukqu~ewa 114, 121 uticaj jakostruja{kog okru`ewa 230 u~estalost uzimawa uzoraka 277

F faktor zasi}ewa 105 ~ kf/kv 51-52 ~ polaska (kf) 51 ~ predimenzionisawa 109-112 ~ rezerve stepena stabilnosti 21 ~ tranzijentnog dimenzionisawa 105 FAM 315

ferorezonantni krug 148 filter vi{ih harmonika 165 ~ struje negativnog redosleda 203 fliker 18 frekventni relej 145, 336 ~ faktor potro{we 332 frekventno stepenovawe 336 H

HTX 217 C cena elektronskih ure|aja 154 centar wihawa 343 ciq strujnog transformatora 100 ^ ~ek-sam, check-sum 228 ~inioci ga{ewa luka 114 ~lan za davawe naloga 70 ~vrsto}a izolacije 230 [ {ema za povratak 356 ~ koja upore|uje tre}e harmonike 198-200 ~ naponske prinude 142 ~ sa memorijom 49, 196-198 ~ ~ 90o 49 ~ ~ 60o 49 ~ strujne prinude 142 {entirawe faze u zemqospoju 314 {entna impedansa releja 136, 143 ~ prigu{nica 279-280 {ti}ena deonica 28-30 ~ ~ zatvorena koncentrovanom impedansom 57 ~ ~ (sa kontrolisanim daqinskim iskqu~ewem) 42-43 ~ jedinica 28