Zatita u EES u Predavanja2

Elektrotehnički fakultet Sveučilišta Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku

ZAŠTITA U ELEKTROENERGETSKOM SUSTAVU SRETE NIKOLOVSKI

Osijek

SADRŽAJ 1. RELEJNA ZAŠTITA – UVOD

2.2. Naponski releji 2.2.1. Nadnaponski releji

1.1. Zadaća relejne zaštite

2.2.2. Podnaponski releji

1.2. Zaštitni relejni uređaji

2.2.3. Naponski releji nulte komponente struje

1.3. Osnovni zahtjevi zaštite

2. ZAŠTITINI RELEJI

2.3. Učinski releji 2.3.1. Indukcioni učinski releji

2.1. Strujni releji 2.1.1. Primarni okidač 2.1.2. Nadstrujni sekundarni releji 2.1.3. Diferencijalni strujni releji 2.1.4. Releji simetričnih komponenti struji

2.3.2. Elektrodinamski učinski releji 2.3.3. Ravnotežni (balansni) usmjereni releji 2.3.4. Releji nulte snage i inverzne komponente snage - učinski

2.4. Distantni (daljinski) releji

3. ZAŠTITA GENERATORA

2.4.1. Princip djelovanja 2.4.2. Vrste i karakteristike distantnih releja 2.4.3. Utjecaj otpora el. luka na rad mjernih članova 2.4.4. Izvedbe mjernih članova

3.1. Kvarovi i nenormalna stanja generatora 3.2. Zaštita od KS između statorskih namotaja 3.3. Zaštita od zemljospoja namotaja statora 3.4. Zaštita od spoja zavojaka iste faze 3.5. Zaštita od zemljospoja u uzbudnom namotaju

2.5. Statički releji

3.6. Zaštita od preopterećenja

2.5.1. Osnovne komponente statičkih releja

3.7. Zaštita od struja kratkog spoja

2.5.2. Statički releji s jednom mjernom veličinom

3.8. Zaštita od previsokog napona

2.5.3. Statički releji s dvije ili više mjernih veličina

3.9. Zaštita od povratne snage (motornog rada) 3.10. Zaštita od asinkronog rada (gubitka uzbude)

3.11. Zaštita od previsokog broja okretaja generatora 3.12. Zaštita od pregrijavanja generatora 3.13. Izbor zaštite generatora

4. ZAŠTITA TRANSFORMATORA 4.1. Diferencijalna zaštita transformatora 4.2 Plinska zaštita (Buholtz) 4.3. Zaštita od zemljospoja transformatora 4.4. Trenutna prekostrujna zaštita 4.5. Zaštita od preopterećenja transformatora (termička zaštita) 4.6. Zaštita transformatora od struja kratkog spoja u mreži 4.7. Zaštita od preopterećenja jezgre transformatora 4.8. Zaštita regulacione sklopke 4.9. Protupožarna zaštita

5. ZAŠTITA ELEKTRIČNIH MREŽA (VODOVA) 5.1. Kvarovi i opasna pogonska stanja električnih mreža 5.2. Zaštita električnih mreža osiguračima 5.3. Nadstrujna zaštita električnih mreža 5.4. Usmjerena nadstrujna zaštita 5.5. Distantna (daljinska) zaštita 5.6. Usporedna (diferencijalna) zaštita 5.6.1. Uzdužna diferencijalna zaštita 5.6.2. Poprečna diferencijalna zaštita 5.7. Visokofrekventne zaštite (usporedne)

PRILOZI

1. KOMBINIRANI NADSTRUJNI I ZEMLJOSPOJNI RELEJ SPAJ 140C TVRTKE ABB 2. ZAŠTITA GENERATORA TVRTKE SIEMENS TIP 7UM511

1. RELEJNA ZAŠTITA – UVOD 1. Zadaća relejne zaštite U EES postoji stalno moguća opasnost od pojave kvarova i opasnih pogonskih stanja zbog stohastičke prirode rada EES-a i posljedice narušavanja izolacije elemenata sustava tijekom vremena. Zadaća relejne zaštite je maksimalno umanjiti posljedice neželjenih pojava u elementima EES, odnosno trajno nadzirati karakteristične veličine (električne ili druge) štićenog objekta i u slučaju kvara ili opasnog pogonskog stanja automatski poduzeti sve potrebite mjere kako bi se kvar izbjegao, a posljedice neželjenog stanja svele na minimum. Kako bi se omogućio pouzdan i siguran rad EES, potrebito je u što kraćem vremenu, otkriti i izolirati element sustava koji je u kvaru ili opasnom pogonskom stanju, od ostalog dijela EES-a. Ako se već kvar u sustavu pojavi, treba ga eliminirati i obavijesti o tome pogonsko osoblje. U EES se mogu pojaviti sljedeći kvarovi i opasna pogonska stanja: - kvarovi (kratki spojevi) kao posljedica kvara i oštećenja izolacije - nenormalno visoki naponi - prenaponi - nenormalno velike struje - preopterećenja - nesimetrična opterećenja, prekidi u EES, padovi napona, previsoki broj okretaja sinkronih strojeva i dr. Relejna zaštita predstavlja skup automatiziranih uređaja koji služe za nadzor i zaštitu elemenata EES te predstavlja poseban podsustav EES, koji je veoma značajan za siguran i pouzdan rad EES. Uređaji zaštite i nadzora posebno su međusobno povezani u svojoj strukturi rada i u slučaju kada nisu sami međusobno izravno spojeni

Relejna zaštita u većini slučajeva djeluje na isklop prekidača i drugih rastavnih uređaja, te je najmanje vrijema prorade zaštite i kod najbržih releja (mikroprocesorska zaštita), nešto iznad vremena isklopa kvara kod nabržih prekidača, koje je reda 2-3 periode, to jest oko 40-60 ms. Zbog toga niti jedna relejna zaštita ne može zaštititi elemente sustava ako je brzina tih pojava reda mikrosekundi. U ovu grupu pojava spadaju atmosferski i sklopni prenaponi, te velike dinamička naprezanja zbog sila koje nastaju u prvoj poluperiodi kod struja kratkih spojeva. Stoga sva oprema mora biti predviđena da izdrži takva naprezanja i takve sile zbog mogućih kvarova.

1. Zaštitni relejni uređaji Osnovni uređaj sustava relejne zaštite je sam relej. Relej je uređaj koji trajno kontrolira električnu ili mehaničku veličinu i kod unaprijed podešene vrijednosti izaziva naglu promjenu u jednom ili više komandnih ili signalnih krugova. Kontrolirana veličina može biti električna veličina: struja, napon, frekvencija, otpor, snaga i dr. ili neelektrična veličina: brzina, tlak, broj okretaja i dr. Promjena kontrolirane veličine može biti na veću (oznaka >), ili manju (oznaka > znači trenutno djelovanje. Područje podešavanja (4.5-9) A za nazivnu struju , a podešenje se vrši zatezanjem opruge.

Nadstrujni relej sa neovisnom vremenskom karakteristikom Drugi naziv je za ove releje maksimalni strujni neovisni relej. Reagira kada vrijednost struje pređe podešenu vrijednost nakon isteka vremena koje se može podesiti. Vrijeme djelovanja ne ovisi o veličini struje. Vremenska karakteristika struje releja dana je na slici 4.a.

t (s)

strujna netočnost

t(s)

strujna netočnost

DJELUJE DJELUJE

2

vremenska netočnost

vremenska netočnost

1.5

t podešeno

1

NEDJELUJE 1

2

tvlastito 3

4

I ( X IN)

2 I>

4

Slika 4. Vremenska karakteristika strujnih releja a) nadstrujni relej s neovisnom vremenskom karakteristikom b) u kombinaciji s trenutnim nadstrujnim relejem

8 I>>

I ( X IN)

Nadstrujni releji sa strujno nezavisnom karakteristikom izrađuju se u kombinaciji s trenutnim nadstrujnim relejem u dvije ili tri faze. Karakteristika takvih releja je dana na slici 4.b. Shema trofazne sekundarne nadstrujne zaštite sa vremenskim članom dana je na slici 5. Nadstrujni član se izvodi kao elektromagnetski relej sa zakretnom kotvom. Vremenski član se izvodi sa satnim mehanizmom, elektroničkim vremenskim relejom ili kao indukcijski. Podešenje vremenskog člana t=(0.3-5)s

PREKIDAČ

-

SION

+

t

I>

I>

I>

K

K

k l L

K

k l L

k l L

Slika 5. Shema trofazne sekundarne nadstrujne zaštite sa vremenskim članom

Nadstrujni relej sa ovisnom vremenskom karakteristikom Releji s ovisnom karakteristikom reagiraju kada struja prekorači određenu vrijednost, a djeluju nakon isteka vremena koje zavisi od iznosa struje koja protječe kroz relej. Prema IEC standardima, vrijeme djelovanja releja dano je relacijom:

K

tr  



gdje je:

I 

 I pr   



1

tr

vrijeme djelovanja releja kod struje vrijednosti I

Ipr

proradna podešena vrijednost kontrolirane struje

K, α konstrukcijske konstante Izraz vrijedi samo za α = 0.02 α = 1 α = 2

I  I pr K = 0.14 K = 13.5 K = 80

, a oblik karakteristike ovisi o koeficijentima (α, K): normalna strujno ovisna karakteristika vrlo ovisna strujna karakteristika ekstremno ovisna karakteristika

Na slici 6. prikazane su sve karakteristike strujno ovisnih releja, gdje je

t 2  t1

, kad je t(s) 6

 1<  2<  3 4

2

t1

1

.

0,8

1

t2

0,4

2

0,2 3

1

2 I

1

4

6I

2

8 10 20 40 x I

Slika 6. Karakteristike strujno ovisnih releja

n

I 2  I1

t(s)

3

t1 2

t2

1

0,1 1I

1

2

3I

2

4

5 6 xI

n

Slika 7. Kombinirana strujno ovisna karakteristika s trenutnim članom

Kod struja vrijednosti nešto iznad podešene, relej sa kombiniranom karakteristikom ima izrazito zavisnu karakteristiku ( t ). Kod većih struja karakteristika je skoro neovisna ( ). 1 t 2

Kod izrazito velikih struja relej djeluje gotovo trenutno (

t3

)

Nadstrujni releji s ovisnom karakteristikom se u elektromehaničkoj izvedbi indukcijskog releja dan je izrazom:

M e  K   sin

dakle,

M  CI 2

(kvadratna ovisnost o struji, jer je

  kI

)

Moguća je i izvedba i termičkog nadstrujnog releja kao bimetalnog, koji je prikazan na slici 8. I

1

2

6

2

1 4 3 5

Slika 8. Termički nadstrujni relej

gdje je: 1 - bimetalna traka; 2 - grijač protjecan strujom I; 3 - napeta poluga; 4 - spiralna opruga; 5 - kontakti releja; 6 - tipka za ručno invertiranje

Razvijena toplina ovog bimetalnog termičkog nadstrujnog releja ovisna je o kvadratu struje:

Q  KRI 2  cI 2 2.1.3. Diferencijalni strujni releji Diferencijalni strujni relej djeluje na razliku struja koje ulaze i izlaze iz štićenog objekta

I2

I1 L

K

L

I

K

ŠTIĆENI OBJEKT l

l

k

i1

k

i2

R

Slika 9. Diferencijalni strujni relej

ISKLJ.

Za prvi slučaj struja razlike iznosi

id  i1  i2  0

, jer su struje približno jednake po amplitudi i fazi. Kod dvostranog napajanja struje teku s obe strane i napajaju mjesto kvara. Kod jednostranog struja teče samo s jedne strane i opet imamo formiranu razliku (debalans struja) u releju R:

  i1  i2  2i1relej reagira (dvostrano napajanja)

  i1  0  i1

relej reagira (jednostrano napajanje)

Naizgled se čini da bi relej R mogao biti obični trenutni relej, podešen dosta osjetljivo na proradnu struju, no u praksi postoje ograničenja zbog sljedećih razloga: - strujni transformatori nisu idealni (slika 10.) - sekundarna opterećenja strujnih transformatora nisu jednaka što utječe na nadstrujni broj - ako je štićeni objekt regulacijski transformator različite su nominalne struje primara i sekundara koje se mijenjaju te ni prijenosni odnos nije konstantan - različita grupa spojeva transformatora

I 

n=20 n=10 I

n=5

I Slika 10. Prijenosne karakteristike strujnih transformatora

Na slici 10. prikazane su prijenosne karakteristike mjernih strujnih transformatora. Ako bi za diferencijalnu zaštitu uzeli strujni transformatore različitih nadstrujnih brojeva "n" pojavila bi se lažna struja reagiranja (debalansa) ΔI, koja bi mogla izazvati nepotrebno reagiranje releja. Strujni mjerni transformatori moraju imati jednake karakteristike i opterećenja i jednake nadstrujne brojeve. Zbog moguće neravnoteže i debalansa ne koriste se obični trenutni nadstrujni releji, već se koriste «postotni» ili ravnotežni diferencijalni releji.

Prvi tipovi ravnotežnih (balansnih) diferencijalnih releja se se realizirali u obliku vage (slika 11.)

I2

I1 (2)

K

L

L

I

K

(1)

ŠTIĆENI OBJEKT l

k

l

k i1

i2

2

3

i1 i2 5

i2 4 i1

Slika 11.Ravnotežni diferencijalni relej

gdje je: (1) - kvar izvan zone dif. zaštite; (2) - kvar u zoni dif. zaštite 2 - vaga; 3 opruga; 4 - stabilizacijski namot; 5 - diferencijalni namot

Kretni moment releja stvara namotaj protjecan razlikom struja

id  i1  i2

Suprotno ovom momentu djeluje stabilizacijski namotaj protjecan strujom i  i1  i 2 s

2

Diferencijalni namot ( i d ) djeluje u smjeru zatvaranja kontakta a stabilizacijski namot ( i ) s djeluje u suprotnom smjeru.

i pv  Proradna karakteristika dana je izrazom: 2

2 2 i pr  K i min s s

,gdje se uočava kvadratičn

ovisnost struja.Kada je:

id  i1  i2  0 i1  i 2 is  2

relej ne reagira!

-kada je stabilizirajuća struja jednaka nuli postoji minimalna proradna struja:

Ks

predstavlja koeficijent stabilizacije. Proradna karakteristka je prikazana je na slici 12.

i pr

zona reagiranja

i pr min

id1

is Slika 12. Proradna karakteristika ravnotežnog diferencijalnog releja

gdje je:

id 1

- lažna struja debalansa;

i pr min

- može se podešavati oprugom

Kod kvara u štićenom objektu imamo za slučaj da je objekt dvostrano napojen.

id  i1  i2  2i1 i s  i1  i2  0

id  i;1 Kod slučaja jednostranog napajanja:

is 

pa relej reagira

i1 2

Na opisanom principu usporedbe vektorske sume i razlike struja zasnivaju se sve izvedbe diferencijalnih releja. Suma struja drži kontakte u otvorenom položaju ( i s ), a diferencijalna struja

id

drži kontakte u zatvorenom položaja. Prema načinu usporedbe sume i s 

i1  i2 2

i razlike

id  i1  i2 djelimo ih na: - releje s ravnotežom elektromagnetnih sila (prikazana vaga na slci 12.) - releje s električnom ravnotežom - releje s magnetskom ravnotežom Na slici 13. prikazan je relej s električnom ravnotežom gdje se uspoređuje diferencijalna i stabilizacijska struja korištenjem ispravljača (diodni most) na releju s kretnim svitkom i permanentnim magnetom.

I1

I2

ŠTIĆENI OBJEKT  '2

T

1

1

2 1

T

s

 '1

 '2

d

3

4

R 5 Slika 13. Relej s električnom ravnotežom

gdje je: Ts

- stabilizacijski transformator;

Td - diferencijalni transformator 3, 4 - diodni ispravljači; 5- osjetljivi relej istosmjerne struje; R - otpornik koji sa otpornošću releja čini strujno djelilo. Kod kvara izvan štićenog objekta vrijedi:

is 

id  i1  i2

i1  i2 2i1   i1 2 2

Kroz diferencijalni transformator na sekundaru ne teče struja (kontakt je otvoren) a polaritet ispravljača 3 je dominantan.

Kod kvara u štićenom objektu kroz stabilizacijski transformator ne teče struja te je ispravl je manjeg polariteta jer ije  i te polaritet ispravljača 4 prevladava i zatvara kontakt releja 5 s

i s  0, id  2i1

d

Kod istosmjernih (galvanometarskih) releja s kotvom i permanentnim magnetom proradna struja je i pr  i pr min  K s i s

i ima linearnu karakteristiku.

Potreban nagib karakteristike može se mijenjati promjenom koeficijenata stabilizacije preko broja zavoja

Ts

ili putem otpornika R (slika 14.)

Ks

gdje je:

i pr

  arctgK s

1

2

i pr min



1 - prema jednadžbi; 2 - ubacivanjem nelinearnog otpornika u krug ispravljene struje ili EMS koju treba svladati da bi počela teći struja stabilizacije

id

is Slika 14. Promjena nagiba karakteristike

Brzina djelovanja ovakvih diferencijalnih releja s preciznim galvanometarskim relejem (R

t r  20  50 ms. Područje podešavanja diferencijalnog strujnog releja je I p  (10  50)% I n

2.1.4. Releji simetričnih komponenti struja Ovi se releji upotrebljavaju kod kvarova u mrežama s izoliranim zvjezdištem pa su male struje zemljospoja ili kod nesimetričnog opterećenja a pri tome ne smiju biti osjetljivi na velike struje simetričnih kratkih spojeva. Neke postavke:  u normalnom pogonu nulta ( I o ) i inverzna ( I i ) komponenta struje ne postoje i kroz relej ne teče struja  struje kvara koje teku kroz relej su redoviti male, reda 10 mA i više, te takvi releji moraju biti osjetljivi  potrebni su i dodatni elementi za postizanje simetričnih komponenti i elementi za smanjivanje viših harmonika

Relej nulte komponente struje

isklj . a

b

K

L

k

L

L

l

K

o >

c k

K

l

t

3 o = a + b + c k

l

Slika 15. Relej nulte komponente struje

Nulta komponenta struje iznosi I0 

1 ( I a  I b  I c ) pa se može dobiti i putem obuhvatnog 3

strujnog transformatora kod kabela (slika 16.)

 

a

b

a b



c

o >

c

l

k

Slika 16. Relej nulte komponente struje putem obuhvatnog transformatora

Ukupni magnetski tok: 

R

  a   b   c ;   k ( I a  I b  I c )  k 3I 0

proporcionalan nultoj struji. Obuhvatni mjerni strujni transformatori imaju znatne prednosti nad sumarnim spojem triju klasičnih strujnih transformatora zbog pogreške u struji magnetiziranja. Proradna struja je reda

I pr  5  10 mA ili 10-50 mA.

Kako je glava kabela izolirana, metalni omotač se skida, i uzemlji se glava da ne bi utjecale "lutajuće" struje kroz metalni plašt (sl. 17.)

o >

Slika 17. Spoj kabela i releja nulte komponente struje

2.2. Naponski releji 2.2.1. Nadnaponski releji Nadnaponski releji (prenaponski, maksimalni) djeluju kada napon na koji su priključeni prekorači podešenu vrijednost. Nadnaponski releji se koriste u zaštiti od previsokih pogonskih napona i u složenim zaštitnim uređajima. Naponski releji su u stvari strujni releji jer djeluju na povećanje struje kroz relej. Potrebno je da im impedancija bude što veća, što se postiže izradom strujnih releja sa velikim brojem zavoja. Ako relej ima impedanciju:

U pr  Z N I pr Skala naponskih releja je baždarena u voltima, a impedancija releja iznosi

Z N  R2  X N2 

 R0 1    2   L  2

2.2.2. Podnaponski releji Podnaponski releji djeluju kada napon nestane ili padne ispod podešene vrijednosti. Služe za zaštitu motora i drugih postrojenja u normalnom pogonu. Kotva releja nalazi se u privučenom položaju i kontakti su otvoreni.

Kada napon opadne kotva otpušta i zatvara kontakte. Elektromehanička verzija podnaponskog releja prikazana je na slici 18.

1

U

2 3 + 4

R

ISKLJ

5

Slika 18. Podnaponski relej gdje je: 1 - željezna lamelirana jezgra; 2 – namotaj; 3 – kotva; 4 - spiralna opruga (protu moment); 5 - kontakt

Nadnaponski i podnaponski releji izvode se kao elektromagnetski indukcijski releji sa zakretnim diskom, galvanometarski s kotvom u kombinaciji s vremenskim članom, čime se dobiva naponski neovisna karakteristika. Izvode se kao jednopolni, dvopolni i tropolni u ovisnosti o broju faza koje nadziru. Priključuju se na napone 24, 36, 48, 60, 110, 220, 250, 380 V. Područje podešavanja im je: 0.1-0.2, 0.2-0.4, 0.3-0.6, 0.5-1.0, 0.8-1.6, 1.0-2.0 * U n

2.2.3. Naponski releji nulte komponente napona

Ovi se releji koriste mnogo u izoliranim ili kompenziranim SN mrežama za signaliziranje zemljospoja. Nulta komponenta napona može se registrirati na nekoliko načina (slika 19.):

a) na otvorenom trokutu naponskih mjernih transformatora b) mjerenjem napona na krajnjim stupovima peterostrukog naponskog transformatora c) pomoću naponskog transformatora smještenog u zvjezdište generatora ili transforma d) pomoću umjetnog zvjezdišta A B C

A B C

3U

3U

3U

o

o / m+

o

(a)

(b)

(c)

Slika 19. Naponski relej nulte komponente napona

Kako se u otvorenom trokutu mjernih naponskih transformatora pojavljuje treći harmonik napona, osjetljive zaštite priključuju se preko filtera trećih harmonika (f=150 Hz) koje taj filter prigušuje. Propušta se samo struja frekvencije f=50 Hz.

2.3. Učinski releji

Učinski se releji koriste najčešće na dva načina i to kao: -releji smjera (usmjereni releji - releji za mjerenjem faznog pomaka) -releji snage Usmjereni releji djeluju kada kontrolirana veličina promjeni smjer ili ima određeni fazni kut. Releji snage djeluju kada snaga kao kontrolirana veličina premaši podešenu veličinu. Elektromehanički releji imaju pogonski sustav takav da zakretni moment ovisi o snazi mjerene veličine

M r  ku r ir cos( r     M m

gdje je: M rezultirajući moment elektromagnetskih sila r

ur

sekundarni napon

r

fazni kut struje (rezultirajući) M m protu moment



unutarnji kut releja

ir

sekundarna struja

i

napona

O vrijednosti kuta (  r   ) ovisi predznak proizvedenog rezultirajućeg momenta. Da bi relej proradio treba biti:

kur ir cos(r     M m

odnosno

pri čemu je proradna prividna snaga:

kS pr cos(r   )  M m

S pr  ur ir 

Mm k cos(r   )

Proradna prividna snaga S pr  S pr minje minimalna kada je

cos(r   )  1 odnosno kut r    0

Konstrukcijskom prilagodbom kuta  ( - kut spoja umjetno je stvoren pomak)  r     Fazna prilagodba rezultirajućeg momenta s faznim kutom  daje: za       r   watmetarski releji P  S cos 

    90

varmetarski releji

     30  80

    180

Q  S sin 

S - releji releji povratne snage

Prema načinu izvedbe mjernih sustava učinski releji se dijele na: -indukcijske – elektrodinamske –ravnotežne -statičke

2.3.1. Indukcijski učinski releji Prijašnje konstrukcije bile su s indukcijskim sustavom sa zakretnim diskom, poput indukcijskih brojila. Zbog velike inercije nije se postizala brzina djelovanja, pa se koriste tamo gdje je poželjno kašnjenje. Brzi indukcijski releji izvode se sa cilindričnim rotorom (slika 19.) Rezultirajući moment je

unutarnji kut releja (        2 )



gdje je:

M r  kur ir cos(r     M m

1

ur i struje kut između napona



 i struje kut toka 1 

ii

gdje je: 1 - lamelirana jezgra sa parnim brojem polova; 2 - strujni svitak; 3 - naponski svitak; 4 - aluminijski (ili bakreni) bubnjići

u isklj. U r

kroz naponski sustav

kroz strujni svitak

3

u

ir

r

Slika 19. Brzi indukcijski releji s cilindričnim rotorom

2 4

Kut



se može mijenjati dodavanjem elemanata R, L, C u naponski krug pa se time mijenja

  arctg

X R

Kut   se može mijenjati ubuhvaćanjem jezgre s kratko spojenim zavojem. Brzina djelovanja indukcijskih učinskih releja je redatr  10  20  ms osjetljivost postiže ( 0.5  5 %)* S n

Potrošnja iznosi (1-6) VA. Učinski releji nisu osjetljivi na više harmonike, jer zakretni moment razvija samo struja i napon istog reda.

Vatmetarski usmjereni relej Položaj ravnoteže vatmetarskog releja postiže se pri:

P  UI cos(    )  0

/ : I2

dijeljenjem s I 2 dobiva se

U cos(   )  z cos(   )  0 I što predstavlja karakteristika

z cos(   )  k  0

pravocrtnu karakteristiku.



 jx

jx

NE

DA R

DA

 jx

DA R

NE

Slika 20. Položaj ravnoteže vatmetarskog releja

R NE

2.3.2. Elektrodinamski učinski releji Mjerni sustav im je isti kao i u elektrodinamskih watmetara, imaju pokretni i nepokretni svitak. Ako kroz nepokretni svitak protekne struja i a na pokretan uključimo napon

u

dobijemo kretni moment:

M r  kur ir cos(     M m

gdje je:  unutarnji kut (   1   2 )

1

2

fazni kut naponskog namotaja fazni kut struje

i

i magnetskog toka kroz strujni namotaj

Pogodnom kombinacijom R, L, C elemanata u seriju s naponskim namotom dobijamo razlićite karakteristike releja, P - releji, Q - releji, S - releji i dr. Prednosti su im velika točnost, brzina djelovanja i mala potrošnja a nedostatak složena mehanička izrada.

2.3.3. Ravnotežni (balansni) usmjereni releji Ravnotežni usmjereni releji rade na principu uspoređivanja fazorske sume i razlike napona i struje. Rezultantni moment se može izraziti kao:

M rez  K  k1u  i  k2u  i   M m

Predznak rezultantnog momenta ovisi o faznom položaju struje i napona u odnosno njemu proporcionalne struje. U koliko struja u naponskom svitku nije u fazi s naponom u jednadžbu treba uvrstiti i struju koja teče kroz naponski svitak . Uspoređivanje sume i razlike se najčešće vrši električnim putem, što je prikazano na slici 21.

ii

U

ii

iu

iu

iu  ii

iu  ii

R



 Slika 21. Ravnotežni usmjereni relej

Ravnotežni usmjereni relej se sastoji od dva tronamotna tranformatora, dva ispravljača i galvanometarskog releja. Ispravljač «I» daje fazor ( iu  ii ), a ispravljač «II» daje fazor ( iu  ii ). Polaritet ispravljača je suprotan, pa kroz relej teče struja ir  iu  ii  iu  ii

iu  ii

iu  ii ir  iu  ii  iu  ii

ir  iu  ii  iu  ii

iu

iu

iu  ii

iu  ii 

iu  ii ir > 0 JEDAN POLARITET RELEJA  >0

ii



ii ir >0 SUPROTAN POLARITRET RELEJA  >180 Slika 22. Fazorski dijagrami struje

Kod promjene smjera struje (ili snage) mijenja se polaritet releja. Osjetljivost releje je dobra i često se koriste kao usmjereni članovi distantnih ili drugih releja. Osjetljivost je oko 0.1%* S n

jQ

NE DJELUJE

jQ

DJELUJE

DJELUJE NE DJELUJE 

 p

p

 pr Slika 23. Karakteristike releja snage

 = const DJELUJE

 prmin

NE DJELUJE

U

prmin

U

Slika 24. Radna karakteristika učinskog releja za =const

Ovisnost vremena o snazi, prikazana je na slici 25., a definirana je kao:

t

K  S     S   p



1

t

t

tpr spr

s

s

a) Vremenski neovisna

b) Vremenski ovisna

Slika 25. Ovisnost vremena o snazi

.3.4. Učinski releji nulte i inverzne komponente snage Usmjereni releji nulte i inverzne komponente snage često se koriste za određivanje smjera zemljospoja. Sl. 24. prikaz toka snaga direktne, inverzne i nulte komponente o vrsti kratkog spoja.

s

s

SIMETRIČNO s OPTEREĆENJE s

d

TROPOLNI KRATKI SPOJ s =0 , s i

d

s

d

DVOPOLNI KRATKI SPOJ s

d

s

s

i

o

o

=0 o =0

=0

=0

i

s

i

s

JEDNOPOLNI KRATKI SPOJ SA ZEMLJOM o

Slika 26. Tok snaga direktne, inverzne i nulte komponente u ovisnosti o vrsti kratkog spoja

U

d

3 PKS

d

Id U

d

2 PKS

I  

I o =0

U  

U o =0

I

d



U

I o =0 

U o =0

Id U

d

2PKS

I

d



Io U

o



U

o

Id U

d

1PKS

Id Id

zemljospoj

.

d

U



U



o

o

I   U

d

U  

Io

I U

Id = I = Io

. o

Io

Slika 27. Fazni odnosi simetričnih komponenti struja i napona u ovisnosti o vrsti kratkog spoja

Relej nulte komponente snage prikazan je na slici 28. Učinski relej spojen je preko sumarnog mjernog strujnog transformatora i preko naponskog mjernog transformatora spojenog u otvoreni trokut. Da bi se postigla maksimalna osjetljivost relej treba da je tipa kui cos(   ) s unutarnjim kutem

  90

kod direktno uzemljenog zvjezdišta

A kod uzemljenja preko otpora.

  180

isključ.

Slika 28. Relej nulte komponente snage

FILTER INVERZ. KOMP. STRUJE

FILTER INVERZ. KOMP. NAPONA

 U

R , Z (60°) filter



R C filter

Slika 29. Usmjereni relej inverzne komponente

2.4. Distantni (daljinski) releji 2.4.1. Princip djelovanja Distantna zaštita predstavlja najšire korištenu zaštitu u mrežama VN. Distantni releji su složeni uređaji i rade na principu mjerenja napona i struje na mjestu kvara i njihovog odnosa:

U t d  k  kZ k  kz1 Lk  k1 Lk I

gdje je:

z1  r1  jx1

Lk udaljenost releja od mjesta kvara

Vrijeme djelovanja distantnog releja je proporcionalno udaljenosti od mjesta kvara. Bliži kvarovi se isključuju brže i obrnuto ( t r  k1 Lk ). Pošto releji mjere impedanciju zovu se (otporni) ili impedantni releji. Distantni releji čini:

P

US

M

t



p

Slika 30. Distantni relej

P - poticajni (pobudni) član stavlja u pogon relej u slučaju pojave kvara i priključuje usmjereni i mjerni član. U "SN" mrežama koristi se nadstrujni član (I>). U "VN" mrežama podimpedantni član (Z

F 50 H

U O>

100 3

Z

R

O

F 50 H

Z

Slika 81. Princip zaštite od zemljospoja uz generator priključen na mrežu

Zaštita od pomaka napona zvjezdišta

U normalnom pogonu oba zvjezdišta su na istom potencijalu. Kod kvara na zavojima javlja se nesimetrija napona. Protekne struja i relej reagira I>. Napon koji se uspostavi na otvorenom trokutu odnosno otporniku kome filter propuštanja f=50 Hz, propušta je paralelno priključen naponski relej na osnovnu frekevenciju a koči f=150 Hz. Kod generatora većih snaga i viših napona namotaj se izvodi sa dvije paralelne grane po fazi. Spoj među zavojima se neće pojaviti istrovremeno na obe paralelne grane i to sa istim brojem zavojaka u kratkom spoju. Zaštita se izvodi spojem strujnih transformatora u osmici i priključkom osjetljivog diferencijalnog releja (slika 82.) Nominalna struja transformatora je I nST 

I nG 2





P

T

S

R

P

, a osjetljivost (5-10)%.

>



>



>

c/2

Slika 82. Poprečna Diferencijalna zaštita

Kada se pojavi spoj među zavojima faze R javi se razlika I R1  I R 2 , koja prouzroči proradu releja

i  . Podešenje releja je

i  ( 5  15%)

3.5. Zaštita od zemljospoja u uzbudnom namotaju Pojava zemljospoja u uzbudnom namotu je česta pojava, jer su rotorski namotaji izvrgnuti jakim centrifugalnim silama. Sam zemljospoj ne predstavlja opasan kvar, ali dođe li do još jednog zemljospoja time bi se došlo do kratkog spoja određenog broja zavojaka. Pojavila bi se velika struja, zagrijavanje i deformacije rotora. Narušila bi se simetrija magnetskog toka i nesimetrije radijalnih sila i mogućih vibracija. Da bi se spriječila pojava drugog zemljospoja upotrebljava se zaštita kaja signalizira pojavu zemljospoja i isključuje generator. Postoje dvije metode a)potenciometarska metoda b) AC injektirajuća metoda

Potenciometarska metoda Ovaj oblik zaštite koristi se kod starijih generatora i prikazana je na slici 3.17. Zemljospoj na uzbudnom namotu proizvest će napon na releju a maksimalni napon pojavljuje se za kvarove na krajevima namota.

Sl. 3.17. Zemljospojna zaštita uzbudnog kruga potenciometarskom metodom

'Mrtva zona' postojat će u sredini uzbudnog namota. Da bi se detektirao kvar na sredini uzbudnog potrebno je odvojke na potenciometru mijenjati tipkalom ili preklopkom. Postavka releja je obično oko 5% napona uzbude.

Injektirajuće metode Koriste se dvije metode. Prva metoda se zasniva na injektiranju napona niske frekvencije, sa serijskim filtriranjem, kako je prikazano na slici 83

Slika 83. Zaštita od zemljospoja u uzbudnom namotaju Kod generatora sa istosmjernim budilicama zaštita se sastoji od otpornog djelitelja R, kondenzatora C, nadstrujnog releja i pomoćnog izvora čiji se sekundar spoja: jedan pol na serijski spoj R,C (I>), a drugi na masu.

Ako nema zemljospoja rotora kroz relej teče samo mala kapacitivna struja uslijed kapaciteta uzbudnog namota Cu. Ako dođe do zemljospoja struja se zatvori kroz strujni krug pola transformatora i relej reagira. Koristi se magnetoelektrični ili statički releji I>. Nedostatak je što u normalnom radu teče kapacitivna struja uslijed Cu koja može zagrijati ležajeve. Nedostatak je i nestanak pomoćnog napona, kada zaštita ne bi reagirala. Da bi se izbjegle kapacitivne struje korisiti se istosmjerni pomoćni izvor napajanja. Kod tiristorskih uzbudnih sustava primjer zaštite od zemljospoja uzbudnog namota prikazan je na slici 84.

R

S

T

U ISKLJUČ.

 D

1

R

-

+ D

3

D

Slika 84. Primjer zaštite od zemljospoja uzbudnog namota kod tiristorskih uzbudnih sustava

Pomoćni napon je spojen preko diodnog mosta čije je (+) pol na masi, (-) pol je spojen na relej, otpornik i (+) pol uzbudnog ispravljača. Ako nastane zemljospoj struja se zatvori preko (+) pola ispravljača, te otpora releja i grana D1 i D3 ili D2 i D4 u ovisnosti o potencijalu pomoćnog izvora. Ako nestane pomoćni napon protekne struja uslijed polariteta ispravljača kroz diodni most sa masom. (kod smanjenja otpora izoliranosti 60-80k signalizacija kod 3-5k isključenje) Uzbudni sistemi sa rotirajućom uzbudom su poseban problem i moraju se izvući četkice zbog zaštite.

Zemljospojna zaštita uzbudnog kruga putem AC injektiranja

3.6. Zaštita od preopterećenja – pregrijavanje statora Pregrijavanje statora moţe nastati zbog: 1) preopterećenja 2) kvara rashladnog sustava 3) magnetskog nadtoka 4) kvarovi ţeljezne jezgre

Zaštita od preopterećenja vrši se termičkim relejima spojenim na sekundarne strujne transformatore. Moguća su preopterećenja generatora i do 1.6In kratkotrajno. Preopterećenje sa "P" ograničeno je snagom turbine, a sa "Q" je nešto veći i ovisi o "stropu" uzbude. Termičke konstante generatora su: -25-50 min za normalno hlađene generatore -15-30 min za generatore sa forsiranim hlađenjem -5-10 min za naročito efikasno hlađenje generatora (vodik) Moderni zaštitni releji većinom su opremljeni termičkim zaštitnim relejom „termo slika“ koji sluţi za procjenu toplinskog stanja statorskog namota i izdavanje alarma ili isključenja radi sprječavanja nastanka štete priključeni na jednoj fazi jer je preopterećenje simetrično (slika 85.). Vremenska konstanta kod naročito hlađenih generatora je manja jer se upravo hlađenjem želi izvući više pa se kraće mogu opteretiti. Proizvođač nudi termičku sliku.

Q

Slika 85. Termički releji “termo slika” Neovisno da li je ili nije ugrađena strujom vođena termička zaštita „termo slika“ potrebno je nadzirati temperaturu statora velikih generatora u cilju detekcije pregrijavanja koje nastaje zbog bilo kojeg razloga

3.7. Zaštita od struja kratkog spoja U slučaju kratkog spoja na sabirnicama elektrane i u mreži generator proizvodi struje kratkog spoja koje vrlo velike. Ukoliko zataje zaštite dalekovoda potrebno je isključiti generator. Vrijeme zaštite je relativno dugo (2-4 s) zbog stupnjevanja u mreži. Može se koristiti nadstrujna zaštita u zvjezdištu generatora sa neovisnom vremenskom karakteristikom (slika 86.). Može se kombinirati sa podnaponskim relejom U

>

>

t

-

Slika 86. Nadstrujna zaštita u zvjezdištu generatora sa neovisnom vremenskom karakteristikom

Proradna struja iznosi:

I pr 

gdje je:

I p max

K s K sp I p max ap i

maksimalna struja opterećenja kod koje ne želimo isključenje

Ks

koeficijent sigurnosti (1.05-1.1)

a

omjer otpuštanja K sp

Pi 

koeficijent spoja (1 - Z), ( 3

I n I n

- D)

omjer transformacije 400/5

Nadstrujna zaštita služi kao rezervna zaštita diferencijalnoj zaštiti generatora i G-T bloka. No nedovoljna osjetljivost kod kvarova na kraju dugih vodova eliminira nadstrujnu zaštitu u zvjezdištu i daje prednost distantnoj zaštiti (slika 87.).

Z

Z

g

G 3

T

Z

 z<

z<

Z Z

Z

V

 G

Z

 G

Z

G

V 

t2

V

t1 Slika 87. Distantna zaštita

Distantni relej se napaja strujom u zvjezdištu, a napon sa sabirnica generatora. Time je osigurano usmjereno djelovanje kod kvara generatora, trafoa i mreže. Kod dvopolnog i tropolnog kratkog spoja u generatoru ili vezi sa blok transformatorima u prvom stupnju (vrijeme 25-40 ms) time postižemo brzu rezervu diferencijalnoj zaštiti.

3.8. Zaštita od previsokog napona Do prevelikog napona na generatoru može doći zbog prenapona (atmosferskih ili komutacionih) ili pogonskog povišenja kojeg proizvodi sam generator. Od prenapona iz mreže ugroženi su generatori priključeni direktno na mrežu. Štitimo se odvodnicima prenapona. Zaštita je nadnaponskim relejima. Stalni prenaponski uvjeti neće se pojaviti na stroju s ispravnim regulatorom napona nego to uzrokuju sljedeće okolnosti: a) štetno djelovanje automatskog regulatora uzbude (napona) kada generator radi u otočnom pogonu b) rad generatora pod ručnom kontrolom s regulatorom napona izvan pogona. Neočekivane promjene opterećenja, u reaktivnoj komponenti snage, uzrok su značajnom porastu napona zato što je velika regulacija napona inherentna u izmjenjivaču c) iznenadni gubitak opterećenja (zbog isključenja izlaznih vodova koji ostavljaju elektranu izoliranom ili samo opskrbu vrlo malih opterećenja) može uzrokovati iznenadni porast napona priključaka zbog zaostalog toka polja i/ili nadbrzine.

+

ISKLJUČ.

U > U

Gn

3

100

U >>

V

3

Slika 88. Zaštita od previsokog pogonskog napona

Pogonsko isključenje napona moguće je: -uslijed ispada drugih generatora -uslijed ubrzanja generatora -uslijed samouzbude (napaja vodove u praznom hodu) Proradni napon iznosi:

U pr  gdje je: K s a

K sU max pog ap n

koeficijent sigurnosti 1.1-1.15 omjer otpuštanja

pn

U max pog

prijenosni omjer -

pn 

U Gn / 3 100 / 3

maksimalni napon u pogonu kada ne želimo reagiranje

3.9. Zaštita od povratne snage (motornog rada)

Zaštita od male pozitivne snage Zaštita od male pozitivne snage se često koristi kao blokirajuća funkcija da omogući otvaranje glavnog prekidača za prekide koji nisu hitni – npr. Za zemljospoj statora uzemljenog preko velike impedancije ili kada se provodi normalno isključenje grupe. Ova vrsta zaštite je potrebna kako bi se minimizirao rizik od prevelikog ubrzanja generatora kada se ukloni električno opterećenje sa visokobrzinskog cilindričnog rotora generatora

3.9. Zaštita od povratne snage (motornog rada) Ako dođe do prekida dovoda pare, turbina prestaje davati snagu sinkronom generatoru. Generator postaje motor i smjer djelatne snage se mijenja. To nastaje djelovanjem zatvarača turbine. Stanje nije opasno samo po generator, već i po turbinu, jer motorski pogon turbine pregrijava i preostalu paru. Za zaštitu se koristi watmetarski relej podešen na Po = (2-4)%Pn. Vrijeme podešenja tp = 315 s. Rad releja može biti uvjetovan položajem brzog zapornog turbinskog zatvarača, ako se on zatvara zaštita djeluje brže (1-5 s). Kod velikih generatora koristimo dva P> releja, brzi i usporeni. Brzi djeluju u I stupnju, spori 20-60 s. +

T

+ P

t ISKLJUČ.

3

G

P

G

Q

Slika 89. Zaštita od povratne snage (motornog rada)

3.10. Zaštita od asinkronog rada (gubitka uzbude) Nestankom uzbude generator prelazi u asinkroni rad i gubi sinkronizam. Razlozi takvog kvara mogu biti: -prekid uzbudnog kruga -ispad uzbudne sklopke -kvar ARN (automatkog regulatora napona) -kvar u složenim tiristorskim sustavima uzbude Gubitkom uzbude nestaje sinkronizacioni moment EMS, pa ostaje moment reakcije uslijed razlike Xd i Xg:

1 1 1 Mr  U 2(  ) 2 Xd Xg Kod turbogeneratora je to mali moment, dok je kod hidrogeneratora 30-40 % nazivnog, uslijed čega: -dolazi do povećanja broja okretaja -inducira se u rotoru struje frekvencije s fn: s-klizanje koje zagrijava rotor -generator uzima reaktivnu snagu iz mreže Q -radna točka se kreće prema IV-tom kvadrantu Moguća su slijedeća rješenja (slika 90): a)usmjerena proradna karakteristika usmjerenog releja nagnuta prema P-osi, to je relej smjera Q-relej (ASEA)

b) podimpedantna zaštita, moguće je rješenje mjerenjem impedancije generatora. Koristi se kompaundirani podimpedantni relej:

X pr min 

1 Xd 2

X pr max  X s

c) Statički releji sa izlomljneim karakteristikama

jQ

jQ Z

s

Z POC POC

1s

p

X

 prmin

2s

jx

3s 6s

zona djelovanja zaštite od asinhronog rada

 p

DJELUJE X

granica statičke stabilnosti

prmax

NE

Slika 90. Moguća rješenja zaštite

granica dinam. stabilnosti

Moguća je zaštita i registriranjem izmjeničnog napona induciranog u rotoru frekvencije f2=sfn

3.11. Zaštita od previsokog broja okretaja generatora Uslijed rasterećenja može porasti brzina okretaja. Ukoliko je n>(108-110)%nn reagira brzi zaporni ventil i isključuje paru. Ovo je prikazano na slici 91. Zaštita je centrifugalnim prekidačima. Kod hidrogeneratora n>(120-140)%nn mogući je pobjeg. Koriste se i tahometri kojima napon raste i sa brzinom. Koristi se i mjerenje frekvencije napona na pomoćnom generatoru mehanički vezanog za agregat. Mjerenje porasta n,

dn dt

sa statičkim konstrukcijama.

T

G n>

Slika 91. Zaštita od previsokog broja okretaja generatora

3.12. Zaštita od pregrijavanja generatora

Koriste se temperaturne sonde (PTC - termistori), ugrađuju se u glavi namota u ležajevima rashladnom zraku rashladnoj vodi (ulaz izlaz) i dr. Dopuštene nadtemperature: namot statora

80C - sondom

limovi u dodiru sa namotima statora

80-85C - sondom

namot rotora

90C - porast otpora

klizni prstenovi

80C -termometar

3.13. Izbor zaštite generatora Kod generatora manjih snaga do 40 MVA:  diferencijalna

I 

• zemljospojna statora

I os

 zemljospoj uzbude

I or

 nadstrujna

I

 nadnaponska

U

• nadbrzinska

n

• turbogeneratori - povrat snage – P> Kod velikih generatora pored nabrojanih možemo koristiti još i: - maksimalno brzu diferencijalnu - zaštitu od nesimetrije - zaštitu od gubitka uzbude- od klizanja pola - zaštitu od spoja zavoja iste faze - zaštitu od pregrijavanja - nad /pod frekvencijska zaštita - zaštita od magnetskog nadtoka

U skladu s Tehničkim uvjetima za priključak malih elektrana na elektroenergetski sustav Hrvatske elektroprivrede kod priključka elektrane ukupne snage do uključivo 5000 kW (snage elektrane Slavonija OIE je 4,66 MW) sustav zaštite čine: • nadstrujna zaštita statorskog namotaja generatora • nadstrujna zaštita od zemljospoja • zaštita od previsokog napona • zaštita od preniskog napona • zaštita od porasta frekvencije • zaštita od sniženja frekvencije • zaštita od povratne snage • zaštita od nesimetričnog opterećenja • diferencijalna zaštita • zaštita od previsoke temperature namotaja • zaštita od gubitka uzbude • zaštita od kvarova u uzbudnom krugu, • zaštita od previsoke temperature ležajeva • zaštita od prevelikog broja okretaja, • zaštita od premalog broja okretaja • zaštite agregata i (ili) pogonskog stroja (previsoke vibracije, previsoka temperatura pogonskog stroja i slično) • zaštite od kvarova pomoćnih sustava (napajanje istosmjernim ili izmjeničnim naponom, kvarovi na sustavima ulja za podmazivanje, rashladnom sustavu, nadzorno upravljačkom sustavu i slično) • sigurnosni sustav mE (primjerice požar, zaustavljanje u nuždi i slično).

4. ZAŠTITA TRANSFORMATORA

Zbog previsokih električnih naprezanja izolacije (atmosferskih i unutarnjih naprezanja) i mehaničkih oštećenja ili dinamičkih naprezanja uslijed sila kratkog spoja može u transformatoru doći do kvarova. Kvarovi se mogu podijeliti na -kratki spoj između faza u transformatoru (ili izvodima transformatora) -kratke spojeve zavojaka iste faze -kratki spoj sa zemljom (zemljospoj) namotaja ili izvoda -lokalna tinjanja i gorenja u transformatoru Za zaštitu od spomenutih kvarova se može koristiti -diferencijalna zaštita -Buholtz zaštita (plinska) -Zemljospojna zaštita -trenutna Nadstrujna zaštita -distantna zaštita Od opasnih stanja kao što su preopterećenja transformatore štitimo prekostrujnom i termičkom zaštitom.

4.1. Diferencijalna zaštita transformatora Diferencijalna zaštita dobra je za zaštitu od međufaznih kratkih spojeva sa zemljom kod direktno uzemljenih nultih točaka transformatora. Kod transformatora su različiti primarni i sekundarni naponi i struje. Odnos transformacije je

mt 

U 1n I 2 n  U 2 n I1n

Da bi diferencijalna struja i bila jednaka nuli potrebno je usaglasiti struje na obje strane Stoga se ubacuje međutransformator: 1. Namoti strujnih transformatora i međutransformatora namotani su u istom smjeru (smislu) K-k, L-l.

K

L

k

l

2. Međutransformatori za diferencijalnu zaštitu se rade kao monofazne jedinice: m mt 

I1 f I2f

fazne struje primara i sekundara.

3. Glavni strujni transformatori se uvijek (u Europi) spajaju u zvijezdu na sekundaru, a međutransformatori na primaru u zvijezdu i uzemljeni zajedno (slika 92.) 4. Ako je nulta točka transformatora direktno uzemljena kod kratkih spojeva u mreži I0 komponente se zatvaraju i da diferencijalni relej ne bi reagirao, sekundarni međutransformator se spaja u trokut (slika 92.). 5.Grupa spoja međutransformatora treba biti takva da su sekundarne struje u fazi.

y

y  y

y0



d5

5

d5

y

y0

y

d5



5

 y

d5

5

Slika 92. Shema spoja strujnih i međutransformatora pri diferencijalnoj zaštiti transformatora

Tablica potrebne grupe međutransformatora, za diferencijalnu zaštitu transformatora, prikazane su uz sliku 93.: MT1

T

MT1

MT2 Y d5 Y d 11

Y d5 Y d 11

Y d5 Y d5 Y d5 Y d 11

D y5 D y11

Y y0 Y y0

D d0 D d6

Y y0 Y y0

Y d7 Y d1 Y y0 Y d6

Y y0 Y y6 1



T 2

Y y0 Y y0

MT2

Slika 93. Diferencijalna zaštita transformatora, potrebne grupe međutransformatora

Na slici 94. prikazana je tropolna shema diferencijalne zaštite transformatora. Osjetljivost 20-40 % In, vrijeme djelovanja 25-40 ms, može i 1-5% In za autotransformatore I je malo ali u kratkim spojevima zavoja može biti velika struja.

Prijenosni omjer međutransformatora je odnos faznih struja, takav da u normalnom pogonu budu jednake po iznosu, a pri nominalnom opterećenju transformatora kroz relej I  teče nominalna struja releja (5 ili 1 A):

pMT ( n ) gdje je:

I1 S n / 3U n pi   I 2 k sp I Rn Sn

nazivna snaga transforamtora

Un

nazivni napon transformatora

pi

prijenosni omjer glavnih strujnih tansformatora

k sp

koeficijent spoja k( sp  1 spoj u Z, k sp 

I Rn

nominalna struja releja (sekundarna struja MT) 5A ili rjeđe 1A

1 3

spoj u D)

Mt

O

D

+

S

Yd

S D K

ISKLJUČ.

S

1

D K

2



Slika 94. Tropolna shema diferencijalne zaštite transformatora

To je zaštita koja štiti od svih vrsta unutrašnjih kvarova u trafou. Princip djelovanja zasnovan je na pojavi električnog luka prilikom kvara ili jako lokalno zagrijavanje pojedinih mjesta u trafou. Uslijed električnog luka dolazi do rasplinjavanja ulja ili stvaranja plinova od gorenja drugih izolacionih materijala. Plin kao lakši diže se prema gornjim dijelovima posude i konzervatora. Kod težih kvarova dolazi do burne reakcije i jakog strujanja ulja iz kotla prema konzervatoru.

+ PLOVAK

SIGNAL

+ ISKLJUČ.

ŽIVIN KONTAKT

Slika 95. Plinska (Buholtzova) zaštita.

Buholtz relej se sastoji od kučišta u kojem su dva plovka okretna na osovinici. Kada se plinovi stvore penju se prema konzervatoru i skupljaju u gornjem dijelu releja. Nivo ulja pada i Buholtz signalizira kvar. Ako dođe do burne reakcije struji ulje većom brzinom reda (1-3) ms i tklone donji lovak i isključe transformator. Brzina djelovanja (0.1)s. Osjetljvost velika. Konzervator se naginje prema horizontali i cijeli kotao za oko 1. Zaštita je efikasna i kod curenja ulja iz kotla.

( 8°- 12° ) 10°

1°

Slika 96. Smještaj Buholtz releja

4.3. Zaštita od zemljospoja transformatora Od mogućih kvarova prema uzemljnim dijelovima zaštita zavisi o uzemljenju nul točke transformatora. Diferencijalna zaštita štiti manjim dijelom samo manje nazivne struje transformatora. Kod trafoa velike snage (struje) diferencijalna struja (10-20)% In može biti velika i neće osjetiti zemljospoj. Zato se koriste posebna zemljospojna zaštita ili specijalna kotlovska zaštita.

K

3 O

K

2

+

+ 1

ISKLJUČ.

1

O >

t

3  O2 3 O

1

3  O2

Slika 97. Zaštita od zemljospoja transformatora

K2

3I 02  3I 02  0

kroz relej ne teče struja

K1

3I 01

relej reagira za kvar na transformatoru

Proradna struja se podešava iznad debalansa kod vanjskih karakteristika kratkog spoja obično (210)% In. Ako je spoj transformatora sa kabelom može se koristiti i kabelski obuhvatni transformator.

4.4. Trenutna Nadstrujna zaštita Kod malih snaga (100kVA do nekoliko MVA) ne isplati se ugradnja diferencijalne zaštite te se koristi trenutna nadstrujna zaštita na primarnoj (napojnoj) strani. Zaštiti treba da štiti za kvarove K1, K2 a ne i kvarove na NN strani. Mjerodavna "I" - početna struja kratkog spoja. Proradna vrijednost:

I k max I pr  K s pi gdje je:

Ks pi

I k max

koeficijent sigurnosti (1.2-1.7) omjer strujnog transformatora moguća vrijednost struje kratkog spoja na NN strani sabirnica

ISKLJUČ.



NN

VN

T K

1

K

2

Slika 98. Trenutna Nadstrujna zaštita

K

3

4.5. Zaštita od preopterećenja transformatora (termička zaštita) Uslijed ispada elemenata EES može doći do preopterećenja transformatora. Kod preopterećenja dolazi do zagrijavanja transformatora. Transformator je nehomogeno tijelo i različito se zagrijava. Maksimalno dopuštene temperature: -rashladnog zraka 35-40C -rashladne vode 25C -namotaja (kl.A) 105C -ulja 90-95C Transformator kao homogeno tijelo i njegovi dijelovi zagrijavaju se prema izrazu: 

t T

   max (1  e ) gdje je: T vremenska konstanta zagrijavanja (za transformator kao cjelinu 60-180 min, za ulje 510 min Zaštita od preopterećenja vrši se strujnim transformatorom u jednoj fazi (jer je preopterećenje simetrično stanje) u kombinaciji sa termosondom (slika 99.)



+



VENTILATOR SIGNAL

 ISKLJUČENJE



°C SONDA PT 100

GRIJAČ KONTAKTNI TERMOMETAR

Slika 99. Zaštita od preopterećenja transformatora (termička zaštita)



2



3

1

gdje je: 1   2   3 Termička zaštita termosondom kombinirana je sa temperaturom ulja u najtoplijoj točki transformatora. Utjecaj povećanja struje i dodatnog zagrijavanja se očituje dodatnim zagrijavanjem sonde putem grijača. Takva zaštita se zove termička slika. Sonda 70C signal, a 80C isključuje. Koriste se PTC ili PT100 sonde.

4.6. Zaštita transformatora od struja kratkog spoja u mreži Kao zaštita transformatora od kratkog spoja u mreži koja ga napaja ili koju on napaja služi nadstrujna zaštita. Nadstrujna zaštita je ujedno i rezerva u slučaju unutrašnjih kvarova (diferencijalnoj, buholtz zaštiti). Struja kratkog spoja ovisi o impedanciji transformatora Z k a ona o relativnom naponu kratkog spoja

uk%

Izvodi se trofazno i ugrađuje se na strani višeg napona. Ako postoji paralelno napajanje ugrađuje se i na primar i sekundar. Proradna struja:

I pr 

K s k sp I pog max ap i

Da bi zaštita reagirala sigurno, potrebno je da je:

I pr  gdje je:

I k min k os p i I k max 

100 In uk %

uk %  (4  12)% I k max  20 I n  8I n

Ks k sp a

pi I k min K os

koeficijent sigurnosti - (1.2-1.5) 1

koeficijent spoja (Z-1, D- 3 omjer otpuštanja

)

omjer strujnog transformatora minimalna vrijednost struje kratkog spoja (2-polnog i 3polnog) na kraju štićene zone koeficijent osjetljivosti K os =1.5 kod kratkog spoja na sabirnicama - osnovna zona K os =1.2 kod kratkog spoja na kraju najdužeg dalekovoda rezervna zona

Vrijeme djelovanja mora biti veće od djelovanja releja na odlazećim dalekovodima tdj=2-3s. Nedostatak je ove zaštite dugo vrijeme reagiranja (2-3)s. Zbog toga se koristi kod velikih transformatora (distantna zaštita transformatora).

 1,8  n 2,5s

 n =10%



  

1,6  n 2s

  10

n

  

0,2  n 1,5s

 1,4  n 1,5s

0,2  n 2s

   0,2 1s

n

Slika 100. Zaštita transformatora od struja kratkog spoja u mreži

gdje je:

uk % U n2 ZT  100 S n Z I  0 .8 X T

t I  25  60ms

Z II  1.2(1  nT ) 2 X T

t II  0.3  0.5ms

nt=0.05 za 5% opseg regulacionog transformatora

t  t  t

DV

DV Z<

t t  t 

Z<

Z<

Z<

Slika 101. Smještaj zaštitnih releja

4.7. Zaštita od preopterećenja jezgre transformatora Kod velikih transformatora nekoliko 100MVA indukcije B=1.7-1.8 T. Iz U=4.44fBS vrijedi da je indukcija:

B

U U k 4.44Sf f

, te se povećanjem U smanjuje fB. Zaštita mjerenjem temperature  jezgre ili se koristi nadnaponska i podfrekventna zaštita.

4.8. Zaštita regulacione sklopke Jansenova sklopka za regulaciju napona nalazi se u komori sa uljem i štiti se plinskom ili tlačnom sklopkom.

4.9. Protupožarna zaštita Sonde za zaštitu od dima smještene su iznad trafoa i aktiviraju sustav za CO2 gašenje požara "pastor". Sonde su termoelementi ili specijalne prskajuće ampule.

5. ZAŠTITA ELEKTRIČNIH MREŽA (VODOVA)

5.1. Kvarovi i opasna pogonska stanja električnih mreža Električna mreža služi za prijenos električne energije od izvora do potrošača za povezivanje (interkonekciju) dijelova EES i za distribuciju (razdiobu) do svakog potrošača. Prema visini napona dijele se na: - NN - mreže 380/220 V i 500 V u industriji - SN - mreže 10,20,35 kV i 3,6 kV u industriji - VN - mreže 110,220,400 kV - VVN - mreže 500, 750, 1150 kV Prema izvedbi su nadzemne i kabelske mreže. Kvarovi nastaju često uslijed: -električnih naprezanja - atmosferski prenaponi (udarci groma u vod, uže stup) -mehaničkih naprezanja - veliki dodatni teret, snijeg, vjetar, životinje, grane nanijete olujom -pogrešnih manipulacija - uključenje uzemljenog voda i dr.

Prema vremenu trajanja kvarovi se dijele na: -prolazne (atmosferski prenaponi, preskoci na izolaciji, odskok vodiča, premoščivnje granama koje izgore i dr.) eliminiraju se sa APU-om -trajne (kratki spojevi koji trajno djeluju 1-polni dozemni, 2-polni dozemni, 2-polni i 3-polni kratki spoj. Najčešći su 1-polni dozemni kratki spojevi (u 85% slučajeva). Opasna stanja u električnoj mreži su: -preopterećenja (uslijed ispada pojedinih vodova) -zemni spojevi (u SN mrežama sa izoliranim ili kompenziranim zvjezdištem) Zaštita električnih mreža izvodi se slijedećim zaštitanim uređajima: 1.Zaštite sa stupnjevanom karakteristikom - osigurači - nadstrujni releji - sa nezavisnom vremenskom karakteristikom - sa zavisnom vremenskom karakteristikom 2. Diferencijalna (usporedna zaštita) - usmjereni nadstrujni releji - distantni relejiuzdužna poprečna 3. Zaštita sa faznom komparacijom i VHF i UHF signalima

5.2. Zaštita električnih mreža osiguračima Osigurači su najjednostavniji i najstariji oblik zaštite. Koriste se u NN mrežama do 1000V, a grade se za postrojenja napona i do 35kV. Osigurači nisu u pravom smislu zaštitni releji, ali štite termički vodove od kratkog spoja i pregrijavanja. Osnovni parametri osigurača su: -nazivni napon osigurača Un -nazivna struja uloška In -granična struja isključenja Igr -vremenska karakteristika t(I) -nazivni napon određuje oblik i konstrukciju i dimeziju osigurača -nazivna struja se određuje iz tipskih ispitivanja minimalne i maksimalne struje pregaranja u toku jednog sata I isp min  (1.3  1.5) I n I isp max  (1.6  2.1) I n -granična struja isključenja je ona koju osigurač može prekinuti bez oštećenja (eksplozije, prskanja) određena je sa razvijenoj toplini

Q  I 2 Rl u rastalnoj žici. -vremenska karakteristika

min

10

1

0,1 s

0,001 1

1,5

2

10

15

Slika 102. Vremenska karakteristika osigurača

20

30

Izbor osigurača: napon osigurača

U n  U nmreze

granična struja

I gr  k s I k max

nazivna struja

I n  I pol max

I n  I kratkotrajno

I n  I td

trajno dopušteno opterećenja nazivnog voda;

Selektivnost razlika In za dva stupnja iz ablice:

In(A)

2-4-6-10-16-20-25-35-50-63-80-100-125-160-200-250-300-400-630-800-1000

U SN mrežama imamo osigurače od 10, 35 kV za zaštitu manjeg značaja i trafostanica 50-200 kVA.

5.3. Nadstrujna zaštita električnih mreža Najjednostavnija i najčešće primjenjivana zaštita. Koristi se kod zrakastih (radijalnih) mreža jednostrano i dvostrano napajanih. Koriste se karakteristike releja sa nezavisnim i zavisnim vremenima reagiranja (slika 103.).

t

A

B

t

A

B

t

tB tA   NEZAVISNA



 ZAVISNA







ZAVISNA SA TRENUTNIM DJELOVANJEM

Slika 103. Karakteristike releja za nadstrujnu zaštitu električnih mreža

Primjer stupnjevanja nadstrujne zaštite jednostrano napajanog voda prikazan na slici 104.

Slika 104. Karakteristike prelidač za nadstrujnu zaštitu električnih mreža

B

A

D

C

2,5

2 1,5 1

0,5

t PA t PB

t PC

t t PD L ( km )

Slika 104. Stupnjevanje nadstrujne zaštite jednostrano napajanog voda

Često se dodaje nastrujnom članu i trenutni (kratkospojni) član I>>,ako se prekorači Igr granična struja djeluje, time se gubi selektivnost, ali se štite od prevelikih struja (slika 105.).

Slika 105. Nadstrujni i trenutni član pri nadstrujnoj zaštiti mreže Pomoću trenutnog člana može se postići efekt primjenom ove zaštite na primanoj strani transformatora da se mogu neovisno stupnjevati zaštite u mreži NN i SN napona (slika 106.)

Slika 106. Neovisno stupnjevane zaštite NN i SN mreže Dvostrano napajana radijalna mreža sa strujno nezavisnim karakteristikama prikazana je na slici 107.

A 2,5

B 2

0,5

D

C 1,5

1

1

1,5

0.5 1,5

E 2 2,5

t

2.5 2 1.5 1 0.5

Slika 107. Dvostrano napajana radijalna mreža sa strujno nezavisnim karakteristikama

Proradna struja nadstrujne zaštite određuje se prema izrazu:

I pr  K s gdje je:

k sp I max pog a . pi

Ks

koeficijent sigurnosti (1.1-1.2)

ksp

koeficijent spoja strujnih transformatora zaZ-1, za D= a omjer otpuštanja pi prijenosni omjer strujnih transformatora

3

Proradna struja mora zadovoljiti uvjet:

I pr

I k min  K os p i

gdje je: Ikmin Kos

minimalna struja kratkog spoja na kraju štićene dionice koeficijent osjetljivosti (Kos>1.5 za kvar na kraju osnovne zone Kos < 1.5 za kvar na kraju rezervne zone djelovanja)

U mrežama izoliranim ili uzemljenim preko petersenke dovoljna je ugradnja releja u dvije faze (iste) u cijeloj mreži.

R

S

T +

+ R >

T >

t -

Slika 108. Ugradnja releja u dvije faze u cijeloj mreži, izoliranoj ili uzemljenoj preko petersenki

Kod direktno uzemljenih mreža potrebna su tri releja u svakoj fazi po jedan.

5.4. Usmjerena nadstrujna zaštita Primjenjuje se kod: -radijalne mreže sa dvostranim napajanjem -radijalne mreže s jednostranim napajanjem s paralelnim vodovima -prstenaste mreže Takve mreže ne mogu se efikasno štititi običnom nadstrujnom zaštitiom već se koriste usmjereni releji. Njima se postiže potrebna selektivnost i isključenje dionice koja je u kvaru. Usmjerena zaštita djeluje ako je smjer struje kvara (snaga) od sabirnice prema mreži. Oznaka usmjerenog releja je > Na slici 109. prikazana je usmjerena nadstrujna zaštita radijalne mreže s jednostranim napajanjem i paralelnim vodovima. Primjer dvostrano napajanog voda i zaštite prikazan je na slici 110. Princip djelovanja usmjerene zaštite u mrežama sa izoliranim i kompenziranim zvjezdištem prikazan je na slici 111.

1,5 s 2s

1s

0,5 s

< 2s 3s

1s

0,5 s

<

2s

1,5 s

0,5 s

< 1s

0,1 s >>

2.5 s

0,5 s

< 1,5 s

1s

2s

1,5 s

109. Usmjerena nadstrujna zaštita radijalne mreže s jednostranim napajanjem

1s

Slika 110. Usmjerena nadstrujna zaštita dvostrano napajanog voda

+ R >

>

S >

isključ. t

3 O

Slika 111. Nadstrujna zaštita u mrežama s direktno uzemljenim zvjezdištem

5.5. Distantna (daljinska) zaštita U mrežama složenijeg oblika sa višestranim napajanjem ne mogu se selektivno štiti vodovi običnim nadstrujnim i usmjerenim relejima. Mreže kompliciranog oblika sa više izvora u raznim točkama i zamkastim vodovima koristi se distantna zaštita. Distantni releji imaju stupnjevitu karakteristiku tI= 20-100 ms, a vremenski razmak između pojedinih stupnjeva je  t= 0.3-0.5 s Zbog nepoznavanja točnih parametara mreže ili zbog grešaka u mjerenju, prvi stupanj se podešava tako da ne dostiže sabirnice susjednog postrojenja jer bi moglo doći do neselektivnog djelovanja zaštite. Podešena vrijednost prvog stupnja je:

Z prI  k s ZV 1   0.8  0.9 Z v1

gdje je: tI=0.02-0.1 s ks koeficijent sigurnosti. Podešena vrijednost drugog stupnja je takva da štiti preostali dio svog voda i dio susjednog:

Z prII  k s ( Z V 1  k gv Z Iv 2 ) gdje je

tII=tIV2+  t=(0.4-0.6)s tII=tdT2+ t

tdT2 ZIV2

k gr 

vrijeme djelovanja transformatorske zaštite proradna vrijednost prvog stupnja voda 2 (slijedni vod)

IV 2 IV1

koeficijent grananja,

Treba paziti da proradni otpor drugog stupnja ne prelazi preko transformatroa u susjednom postrojenju:

Z prII  k s (Z V 1  (1  nT ) 2 Z T

gdje je:

t II  t dT 2  t nT ZT

relativna promjena omjera transformacije kod regulacionih transformatora nT(%)=(10-15)% impedancija transformatora

Podešena vrijednost III stupnja:

Z prIII  k s (Z V 1  k gr Z IIV 2 ) gdje je: t III  t IIV 2  t

ili

t III  t IIIV 2  t

Nedostatak distantne zaštite je postojanje dijela štićene zone u drugom stupnju koja ima duže vrijeme kašnjenja tII=0.3-0.6s. To je nezgodno kod tehnike APU (automatskog ponovnog uključenja) jer beznaponska pauza teče tek kad se oba kraja isključe. Da bi se postiglo što kraće vrijeme isključenja i što kraća beznaponska pauza potrebno je istovremeno isključiti oba prekidača.

Da bi se postiglo što kraće vrijeme isključenja i što kraća beznaponska pauza potrebno je istovremeno isključiti oba prekidača. To se postiže: 1. preklapanjem proradnih karakteristika prvog stupnja susjednih zaštita 2. direktnim daljinskim isključenjem prekidača na suprotnom kraju voda 3. indirektnim daljinskim isključenjem prekidača na suprotnom kraju voda 4. daljinskim ubrzanjem II stupnja zaštite ili produženjem zone djelovanja prvog stupnja 1.Kod prvog načina zona I stupnja ZprI se podesi na 110-120% dužine voda tj. siječe se sa zonom I drugog voda.

t 1

K1

2 3

K2

t

Slika 113. Istovremeno isključivanje oba prekidača preklapanjem proradnih karakteristika prvog stupnja susjednih zaštita Kod kratkog spoja na vodu djeluju obe zaštite istovremeno u prvom stupnju. Nedostatak je što kod kvarova blizu mjesta ugradnje releja u susjednom postrojenju nepotrebno reagira i relej u udaljenom postrojenju, što se eliminira tako da relej u postojenju šalje signal u (1) da ne isključi. To mu omogućuje usmjereni član u releju (2).

2. Kod slučaja direktnog daljinskog isključenja zona djelovanja zaštite u prvom stupnju se podesi normalno ZprI=0.85ZV1 a putem VF ili UKV (radio) veze šaljemo signal u susjedno postrojenje da isključi u prvom stupnju.

MČ

PČ

PČ VF PRED.

°

ISKUČ

VF

VF PRIJEMNIK

t  = 0,04 S

A

0,06 s

t  = 0,5

B

0,06 s

Slika 114. Istovremeno isključivanje oba prekidača direktnim daljinskim isključenjem prekidača na suprotnom kraju voda gdje je: PČ - inicijalni član; I - prvi stupanj; MČ - mjerni član

3. Kod direktnog daljinskog isključenja ako zaštita djeluje u postrojenju A u prvom stupnju tI=0.04s ona pošalje VF signal u stanicu B, gdje se aktivira prijemni relej. Izvršenje komande je uvjetovano radom poticajnog člana PČ u postrojenju B. Može se postaviti uvjet da reagira i podnaponski relej ako dođe do pada napona uslijed napajanja kvara da ne bi bilo isključenja uslijed lažnih VF signala.

PČ

UK

MČ VF PRED.

PČ

O

ISKLJUČ

VF PRIJEMNIK

Slika 115. Istovremeno isključivanje oba prekidača indirektnim daljinskim isključenjem prekidača na suprotnom kraju voda

4. Daljinsko ubrzanje II stupnja odnosno produženje I stupnja

PČ

PČ

VF PRED.

MČ

ISKLJUČ.

t  = 0,5s

O t  = 40 ms

100ms

VF PRIJEMNIK

PRODUŽENJE

O

100ms

Slika 116. Istovremeno isključivanje oba prekidača daljinskim ubrzanjem II stupnja zaštite ili produženjem zone djelovanja prvog stupnja

Zaštita u stanici A podešena ZprI=(0.8-0.9)ZVI u trenutku tI=40 ms pošalje signal uz stanicu B i produži zonu na ZprI=(1.1-1.2)ZV1 u vremenu nešto većem od tI za vrijeme prijenosa impulsa i vrijeme releja u stanici B. Dvostrano napajan vod sa stupnjevanjem distantne zaštite prikazan je na slici 117.

Z<

Z<

>

<

Z<

Z<

>

<

Z<

Z<

>

<

t A

A B

t  A

C

t 

t A t A

t C

t  A

t  C C

t 

B

t

A

Slika 117. Dvostrano napajan vod sa stupnjevanjem distantne zaštite

A

5.6. Usporedna (diferencijalna) zaštita Princip zaštite je uspoređivanje električnih veličina na početku i na kraju elementa (voda), kako je prikazano na slici 118.





a) K b)  K1

 K2

c)

Slika 118. Usporedna (diferencijalna) zaštita

a) kod zdrave mreže struja je po iznosu i smjeru jednaka na početku i kraju voda b) kod kratkog voda spoja na vodu ravnoteža se poremeti i diferencijalni relej reagira, ako je štičeni vod jednostrano napajan relej će izmjeriti neku struju i proraditi dok će sa druge strane c) kod štićenog voda napajanog sa obe strane imamo vrijednost struje i na drugom kraju ali suprotnog smjera ravnoteža će biti narušena i relej će proraditi Strujni transformatori moraju biti spojeni na oba kraja što stvara probleme u pokrivanju gubitaka u sekundarnim vodovima struje 5A (1A). Koriste se uzdužna i poprečna diferencijalna zaštita. 5.6.1. Uzdužna diferencijalna zaštita Najjednostavnija je uzdužna zaštita sa tri vodiča, prikazna na slici 119.

Slika 119. Uzdužna zaštita sa tri vodiča

Za slučaj K1 ne prolazi struja kroz granu (b), za slučaj K2 struja prolazi kroz granu (b) sa relejima i zaštita reagira. Uzdužna diferencijalna zaštita sa otpornicima prikazana je na slici 120.

K2

D R 1

K

1

D

R 2

Slika 120. Uzdužna diferencijalna zaštita sa otpornicima Kod kvara u K1 kroz diferencijalni relej "D" ne protječe struja jer su padovi napona na otpornicima jednaki. Kod kvara u štićenoj zoni K2 sekundarne struje su različite po iznosu i fazi pa se pojavi razlika potencijala između (1) i (2) i diferencijalni relej reagira. Da bismo smanjili padove napona u pomoćnim vodovima sekundara strujnih transformatora koristimo međutransformatore da struju 5A (1A) svedemo na 0.1-0.5 A. Ako iskoristimo stabiliziranu zaštitu sa međutransformatorima imamo situaciju kao na slici 121.

A

K

+ MT

B 2

+ MT

1

S

D R

D

S R

Slika 121. Zaštita stabilizirana s međutransformatorima Nedostaci: potreban pilot vodič, trasa, veća cijena potrebna rezervna zaštita (nadstrujna) za vodove reda 1-15 km

Prednosti: velika brzina jednostavnost neosjetljivost

2

Stabilizirana grana S koristi da relej ne reagira kod pražnjenja energije u strujnim trafoima uslijed struja kratkog spoja van štićene zone i velikih struja (kapacitivnih) kod kabela i vodova u praznom hodu. Prednosti su što je kod zaštite sa otporima treba samo dva povezana vodiča. Vrijeme djelovanja (0.03-0.1)s, a selektivnost je dobra. Isključenje je moguće na oba kraja voda.

5.6.2. Poprečna diferencijalna zaštita Kod poprečne zaštite uzdužna veza je izbjegnuta, ali se ona može primjeniti kod paralelnih vodova približno jednakog otpora. Moguće je zaštiti vodove koji imaju zajednički prekidač i vodove sa posebnim prekidačima. U normalnom pogonu i kod vanjskih kratkih spojeva struje u paralelnim vodovima su jednake i kroz relej ne protiče nikakva struja jer je razlika struja jednaka nuli.

+

A

K

2

+

B K



1

 ISKLJUČ.

Slika 122. Zaštita paralelnih vodova približno jednakog otpora

Spoj u osmicu, za normalno stanje i kvar u K1, struja diferencijalnog releja jednaka je nuli i  0 Kod kvara K2 poteći će povećana struja kroz prvi vod iz postrojenja A i manji dio preko voda (2) napajati će se kvar K2 sa desna. Doći će do pojave razlike na oba kraja i proraditi će releji I> u oba postrojenja i isključiti oba voda. Češći priključak je kada imamo posebne prekidače u svakom vodu tada koristimo i usmjerene releje koji porede fazni stav diferencijalne struje (slika 123.). A

B

3

1 K

1

ISKLJUČ.

+ +

4

2



S



Slika 123. Poprečna diferencijalna zaštita

S

Pošto je K1 struja kroz prekidač (1) veća od struje kroz prekidač (2) kod jednostranog napajanja (a i kod dvostranog) javi se razlika struja i diferencijalni relej proradi a usmjereni relej reagira na smjer struje tako da isključi prekidač (1) i time blokira istosmjreni krug kako ne bi došlo do isključenja i prekidača (2) na ispravnom vodu. Nakon regiranja prekidača (1) raste struja kroz relej (3) i on reagira. Tako se selektivno isključi vod između prekidača (1) i (3). Isto se primjenjuje i u postrojenju B. Nakon regiranja prekidača (1) poraste struja i kroz prekidač (3) jer se kvar kratkotrajno napaja s desne strane te zatim odradi i prekidač (3).

5.7. Visokofrekventne zaštite (usporedne) Dobile su naziv po VF telekomunakacionim kanalima koji se koriste za vezu informacija na početku i kraju voda. Dijele se u dvije grupe: a)zaštita usporedbom smjera snage kratkog spoja na početku i kraju voda b)zaštita usporedbom faze na početku i kraju štićenog voda c)koriste se usmjereni releji (releji snage) koji prate smjer snage na ulazu i izlazu štićene dionice:

124. Zaštita usporedbom smjera snage kratkog spoja na početku i kraju voda Kod kratkog spoja u točki K1 reagiraju releji smjera kod kojih je smjer od sabirnice prema vodu i označeni su (+) smjerovima potrebno je da reagiraju releji (3) i (4) a ne i (1) i (6). Da bi se to spriječilo releji koji pokazuju suprotan smjer snage treba poslati telekomunikacioni signal za blokiranje releja (1) i (6) kako ne bi bezrazložno reagirali.

Koriste se i usmjereni releji ili releji smjera u distantnim relejima koji imaju rezervnu ulogu za ovaj slučaj. b)Diferencijalno-fazna VF zaštita koristi usporedbu faze na početku i na kraju voda Ako se (+) smjer, uzme smjer struje od sabirnica prema vodu fazni kut između struja na početku i kraju voda iznosi 180 kod kvarova van štićene dionice Kod kvarova u zoni štićenja fazni kut između struje na početku i na kraju je jednak 0 A

B

+

+

-

- +

+ -

B

A

VF

VF - +

+

struji

+

-

VF signal

vlastiti signal dobijeni signal od drugog kraja komanda

Slika 125. Zaštita usporedbom faze na početku i kraju štićenog voda

Prednosti su: -može se koristiti u bilo kojoj konfiguraciji -selektivnost je odlična jer štiti samo dionicu i nije potrebno vremensko usaglašavanje sa drugim zaštitama -djeluje istovremeno na oba kraja voda i omogućuje APU -za priključak dovoljni je samo strujni transformator i tehnologija VF veza -brzina vrlo velika Koriste je SAD, Velika Britanija. U Europi se išlo putem korištenja brzih distantnih zaštita.