Linia de 220kV (Linia L1)

Linia de 220kV (Linia L1):

Parametrii liniei :

L = 30km;

Zli = 12.6 Ω;

U_n = 220kV;

I_n= 404 . 10 ³A.

Protectia maximala de current in 2 trepte

Treapta I.

I_pp1= 1.3^.10⁴=13kA

Protectia nu este satisfacatoare, deci este necesar ca, curentul de pornire sa se desensibilizeze in raport cu bara de 400kV.

I_pp2= 1.3^.20^.10³= 26kA.

Deoarece pe o linie de 11OkV este necesara actionarea protectiei cu maxim 1s pentru orice defect, sectionarea de curent este nesatisfacatoare. Se va adopta deci o protectie de distanta.

Calculul prezentat in continuare este valabil pentru orice tip de releu de distenta. Datorita faptului ca linia de 220kV nu are racordat la capatul sau un consumator se va calcula o singura zona pentru actiunea releelor de distanta.

Impedanta liniei este:

Z₁ =0.85^.0.4^.L ;

Z, = 0.85^. 0.4^. 3^.10⁴=10.2^.10³ Ω

Impedanta secundara este:

z₁=Z₁^. n_TC/n_TU

unde: n_TC, n_TU - reprezinta rapoartele de transformare ale transformatoarelor de curent respectiv de tensiune. Se aleg rapoartele:

n_TC==40;

n_TU= =2200

Impedanta secundara are valoarea:

z₁ =Z₁^.n_TC/ n_TU

z₁ = 10.2^.10^3. =0.18 Ω/faza;

Treapta a II - a.

. Protectia de rezerva. Desi majoritatea protectiilor de distanta sunt prevazute si contra defectelor monofazate, in retelele cu curent mare de punere la pamant se adopta de obicei o protectie de rezerva homopolara contra acestor defecte.

Protectia homopolara de rezerva se realizeaza de obicei in doua trepte, rapida si temporizata. Treapta rapida reprezinta o sectionare de curent homopolara care se desensibilizeaza fata de curentul de scurtcircuit monofazat la capatul liniei.

I_pp1=K_sig^.3^.I_0calc

Unde: K_sig - reprezinta coeficientul de siguranta = 1, 1 2 - il vom alege 1.

I_0calc- reprezinta valoarea curentului de scurtcircuit, in regim maxim de functionare, la un defect pe linie de HOkV, se adopta valoarea cea mai mare pentru curentii de defect monofazat sau bifazat la pamant, pe linie.

I_ppl = 1.3^.25= 75 kA. Curentul de pornire al releului este:

I_pr=1.3^.75/ =1.87 kA

Se verifica sensibilitatea releului pentru un defect monofazat. Curentul primar:

I_r = I_L/ n_TC;

Treapta temporizata cuprinde un releu de curent, reglat la 3A.→ I_L = 3A.

I_r=3^.200/5=120 A

K_sens=3^.9^.10³/120=225>1.25

Verificarea sensibilitatii este realizata.

Calculul reglajelor protectiilor prin relee

Consideratii generale ale calculului curentilor de scurtcircuit

Calculul curentilor de scurtcircuit este necesar sa se efectueze pentru:

dimensionarea instalatiilor energetice noi;

verificarea instalatiilor existente la solicitari de scurtcircuit, in conditii noi de dezvoltare a retelei sistemului enegetic national;

stabilirea reglajelor protectiilor prin relee in instalatiile electrice;

determinarea influentei liniilor electrice de inalta tensiune asupra liniilor de telecomunicatii;

verificarea de stabilitate termica a liniilor electrice.

Calculul curentilor de scurtcircuit se intocmeste cu o perspectiva diferita, in functie de scopul lor si anume:

5 la 10 ani pentru dimensionarea instalatiilor noi;

1 la 3 ani pentru verificarea instalatiilor;

5 ani pentru determinarea influentei liniilor electrice de inalta tensiune asupra liniilor de telecomunicatii;

in mod curent la schimbari de configuratie si regim pentru reglajul protectiei.

In sistemele electrice trifazate pot aparea scurtcircuite trifazate, bifazate cu pamantul , bifazate, si monofazate.

Scurtcircuitele monofazate si bifazate cu pamantul pot avea loc numai in sistemele electrice avand neutrul legat direct la pamant.

Scurtcircuitele trifazate sunt denumite scurtcircuite simetrice, in timp ce restul scurtcircuitelor sunt denumite scurtcircuite nesimetrice.

Din momentul producerii scurtcircuitului, denumit moment initial, pana la stabilirea regimului permanent, are loc regimul tranzitoriu, in care interval, atat curentii, cat si tensiunile isi modifica valorile. In legatura cu aceasta sedefinesc urmatoarele valori importante ale curentului de scurtcircuit.

curentul de scurtcircuit It este curentul care trece prin locul de defect in timpul scurtcircuitului. Curentul de scurtcircuit este initial asimetric, in raport cu axa de timp si poate fi descompus intr-o componenta de current periodica (simetrica) si o componenta aperiodica .

It = Ip+ Ic

• componenta periodica I_p a curentului de scurtcircuit este componenta curentului

de scurtcircuit de frecventa egala cu cea de exploatare. Componenta periodica scade la o valoare initiala I_k- pana la valoarea permanenta I_k. La un scurtcircuit apropiat de generator, aceasta scadere este importanta, in timp ce la un scurtcircuit departat de generator, valoarea componentei periodice a curentului de scurtcircuit este aproximativ constanta pe toata durata scurtcircuitului.

Unde: 1.→I_k

  2.→ i_s=I_c+I_k

3.→ I_k

4→.I_k

componenta aperiodica denumita si componenta de current continuu I_c a curentului de scurtcircuit este componenta curentului de frecventa nula determinata de variatia fluxului statorului;

curentul de scurtcircuit de soc i_s este cea mai mare valoare instantanee a curentului dupa producerea scurtcircuitului. Aceasta valoare depinde de valoarea si faza tensiunii electromotoare in momentul producerii scurtcircuitului. Calculul curentului de soc se face pentru momentul care da cea mai mare valoare a acestuia.

Curentul de scurtcircuit periodic prezinta la randul sau trei valori importante.

Valoarea initiala a componentei periodice I_k''- a curentului de scurtcircuit este valoarea sa efectiva in momentul producerii scurtcircuitului. Marimea sa este determinata de reactantele retelei si de reactantele supratranzitorii longitudinale Xd' ale masinilor sincrone. Valoarea initiala a componentei periodice se ia in consideratie la calculul reglajelor protectiilor rapide.

Valoarea tranzitorie a componentei periodice I_k'' - a curentului de scurtcircuit este valoarea sa efectiva, care se determina din reactantele retelei si din reactantele tranzitorii longitudinale x_d'ale generatoarelor.

Valoarea permanenta I_k a curentului de scurtcircuit este valoarea sa efectiva, care se stabileste dupa trecerea procesului tranzitoriu. Aceasta valoare depinde de reactantele retelei si de caracteristicile sistemului de reglaj ale tensiunii generatoarelor.

Particularitatile calculului curentilor de scurtcircuit pentru proiectarea protectiilor rapide

Pentru alegerea curentilor de pornire si verificarea performantelor protectiilor rapide sunt necesare valorile curentilor de scurtcircuit la t=0 (valorile supratranzitorii), iar pentru verificarea performantelor protectiilor temporizate, sunt necesare vallorile stationare ale curentilor de scurtcircuit (determinarea valorilor de pornire la aceste protectii se face in functie de curentii nominali sau de sarcina maxima) sau valorilecorespunzatoare timpului lor de actionare, daca la aceste timp perioada tranzitorie a scurtcircuitului nu s-a terminat inca.

Trebuie mentionat insa ca in unele cazuri aproximative este permis ca si verificarea performantelor protectiilor temporizate sa se faca tot cu valorile curentului de scurtcircuit I de la t=0.

Protectiile rapide, de baza, actioneaza numai cu un timp propriu de circa 0.1 s ceea ce permite ca in calculul curentilor de scurtcircuit sa se introduca unele simplificari suplimentare pe langa cele admise obisnuit in cadrul metodelor practice de calcul. Printre aceste simplificari pot fi mentionate:

punerea in paralel a tuturor surselor care alimenteaza defectul (indifferent de tipul generatoarelor) intrucat pe durata de O.ls nu se poate manifesta amortizarea diferita a componentei tranzitorii a curentului de scurtcircuit. Datorita acestei simplificari transformarea schemei initiale pana la aspectul finali necesar calculului se face mult mai usor, fara a mai fi necesara folosirea curbelor de calcul si a coeficientilor de repartitie;

datorita timpului propriu de O.ls, functionarea protectiilor de baza nu este sensibil influentata de componenta aperiodica a curentului de scurtcircuit; ca urmare, calculul curentilor de pornire se efectueaza in functie de valoarea supratranzitorie a componentei periodice a curentului de defect. Pentru unele protectiifoarte rapide, a caror functionare este influentata de componenta aperiodica, se tine seama de aceasta prin introducerea unui coeficient suplimentar in calcul.

In conditiile sistemelor electrice complexe, transformarea schemei pana la forma echivalenta, prezinta dificultati deosebite. Pe de alta parte, adoptarea acestor simplificari, poate conduce la erori mari in anumite cazuri - liniile lungi si puternic incarcate. Pentru sistemul energetic din tara noastra calculul curentilor de scurtcircuit cu neglijarea modulelor si argumentelor tensiunilor, a rezistentelor si a sarcinii conduce la valori ale curentului de scurtcircuit cu circa 10% mai mici decat cele obtinute prin metode cu grad inalt de exactitate, precum si la diferente de 10-20 grade in ceea ce priveste defazajele dintre curenti sitensiunile din noduri (in raport cu valoarea de 90 grade rezultata in cazul neglijarii rezistentelor).

Asemenea erori pot fi inadmisibile pentru calulele de stabilire a valorilor de pornire ale protectiilor, rezultand astfel necesitatea unui grad mai ridicat de precizie in determinarea curentilor de scurtcircuit.

Calculul curentilor de scurtcircuit prin metode matriceale, pastraza anumite ipoteze de calcul, corespunzatoare intr-o foarte buna masura conditiilor reale.

Dintre ipotezele adoptate in mod curent in practica pot fi mentionate urmatoarele:

reteaua este formata din elemente simetrice;

tensiunile electromotoare ale generatoarelor, aplicate retelei, fac parte din sistemul direct si nu variaza in timpul defectului;

in regimul de defect, sarcinile din nodurile retelei (consumatorii) sunt reprezentati prin impedante (admitante) constante;

variatia in timp a componentei periodice a curentului de scurtcircuit este determinata prin considerarea reactantei supratranzitorii, tranzitorii sau sincrone a generatoarelor;

regimul de scurtcircuit al retelei rezulta din suprapunerea urmatoarelor
regimuri: regimul initial (anterior defectului), regimul direct, regimul invers si regimul homopolar (in care reteaua corespunzatoare este pasivizata, iar in punctual defectului actioneaza tensiunea directa, respective inversa sau homopolara). Marimile electrice - tensiuni sau curenti - din fiecare nod al retelei se obtin prin suprapunerea efectelor rezultate in regimul initial si in cele trei regimuri mentionate.

Datorita unor eforturi colaborate s-au obtinut valorile reale ale curentii de scurtcircuit din statia analizata pentru partea de 400kV. Aceste valori vor fi prezentate In tabelul urmator:

Calculul reglajelor protectiilor

Protectia liniilor electrice

Liniile electrice se echipeaza cu:

protectii rapide, cu actiune instantanee, desensibilizate in raport cu defectele produse pe elementele urmatoare, spre consumatori;

protectii temporizate, la care selectivitatea este asigurata prin esalonarea t emporizarilor, cu trepte de timp At, crescand de la consumatori, spre sursa.

Sistemele de protectie se instaleaza pentru liniile radiale la capatul dinspre sursa. Normativul [3] recomanda instalarea urmatoarelor tipuri de protectii prin relee:

sectionarea de curent rapida (netemporizata), impotriva scurtcircuitelor polifazate si a dublelor puneri la pamant;

sectionarea homopolara si rapida si maximala de curent homopolara temporizata, impotriva punerilor la pamant monofazate, respectiv scurtcircuitelor monofazate;

sectionarea de curent temporizata si maximala de curent temporizata, in calitate de protectie de rezerva, temporizata, impotriva defectelor polifazate.

Sectionarea de curent rapida

Sectionarea de curent rapida (netemporizata), se realizeaza cu relee maximale de curent.Din diagrama curentilor de scurtcircuit se observa ca sectionarea prezinta o zona moarta Z_m; pentru ca protectia sa fie eficace trebuie ca zona protejata (sau de lucru) Zi sa acopere cel putin 30% din lungimea liniei. Curentul de pornire al protectiei este:

I_pp=K_sigI''_scmaxK

unde:

I''_scmaxK reprezinta valoarea supratranzitorie a componentei periodice a curentului de scurtcircuit trifazat, in regim maxim de functionare, la un defect in capatul zonei protejate (in punctul K).

In cazul retelelor cu curenti mari de punere la pamant se verifica daca valoarea curentului de scurtcircuit monofazat, in K, la regim maxim de functionare nu depaseste valoare I scmaxK si se adopta valoarea cea mai mare. Defectele sectionarii rapide vor fi lichidate, cu temporizare, de catre protectia de rezerva a liniei.

Sectionarea netemporizata se realizeaza cu doua relee de curent si doua transformatoare de curent, deoarece impotriva defectelor monofazate se prevad protectii speciale (in retele cu curenti mari de punere la pamant). Se recomanda ca cele doua faze pe care se instaleaza sectionarea sa fie aceleasi pentru toate liniile cu legatura galvanica; in caz contrar, la aparitia unor duble puneri la pamant pe linii diferite din reteaua radiala, aparute pe fazele fara transformatoare de curent, protectia liniei dinspre consumatori nu va actiona si defectul va fi lichidat fie de sectionarea lniiei dinspre sursa, fie de protectiile de rezerva ale liniei dinspre sursa, in mod neselectiv.

Sectionarea temporizata

Reprezinta o maximala de curent temporizata, folosita in locul sectionarii rapide, ori de cate ori aceasta nu protejeaza cel putin 20% din lungimea liniei, pentru defecte la capatul zonei protejate.

Valoarea de pornire se determina din conditia de desensibilizare in raport cu curentul de scurtcircuit exterior, in regim maxim de functionare, pentru un defect la capatul opus al elementului imediat urmator celui protejat, spre consumatori (figura 4.2.).

in cazul considerat (linie+transformator) zona de lucru acopera integral lungimea liniei atat in regim maxim de functionare cat si in regim minim; protectia reprezinta totodata, o rezerva pentru o parte din transformator (datorita reactantei concentrate a transformatorului T, panta disgramei curentului de scurtcircuit se accentueaza in zona acestuia).

Pentru asigurarea selectivitatii protectiei, se adopta un timp de actionare superior cu o trapta At valorii de actionare a protectiei de baza a transformatorului T: t_a2 = t_a3 + At, unde t_a3 = O.ls este timpul protectiei de baza a transformatorului T, iar treapta de timp At = 0.5s.

Protectia maximala de curent temporizata

Protectia de curent temporizata reprezinta o protectie de rezerva a liniei. Se poate realiza: ca o protectie cu caracteristica independenta, cu relee de curent RC si relee de timp RT_P, sau ca o protectie cu caracteristica dependenta, cu relee tip RT_PC. Aceste protectii sunt insa mult mai costisitoare si nu permit luarea in consideratie a influentei regimului de functionare (maxim sau minim), care modifica esential aspectul diagramei curentilor de scurtcircuit si lungimea zonei de eficacitate a sectionarii rapide.

Protectia liniilor radiale impotriva defectelor monofazate la pamant

In retele cu curenti mici de punere la pamant, cu neutrul izolta sau legat la pamant prin bobine de stingere, se instaleaza protectii selective impotriva defcetelor monofazate la pamant:

protectii maximale de curent homopolare

protectii directionale homopolare, similare celor pentru retele buclate

Pentru functionarea selectiva, proterctiile maximale de curent homopolare se desensibilizeaza in raport cu un curent capacitiv al liniei protejate I_c care circula prin locul re instalare a protectiei, la defecte pe alte linii, invecinate. Se adopta, de regula,

I_P=(4.5)I_C,

pentru protectii netemporizate si,

I_P=(1.5.2)I_C,

In cazul protectiilor temporizate, iar coeficientul de sensibilitatea K_sens>= 1.5. Ori de cate ori sensibilitatea nu este asigurata, se prevad protectii directionale homopolare, realizate cu relee directionale alimentate cu o tensiune homopolara, obtinuta la bornele secundarului in triunghi deschis al unui transformator de tensiune racordat la bare si cu un curent proportional cu componenta de secventa homopolara a curentului, obtinuta la bornele FCSH, instalat pe linia respectiva.

In retele cu curenti mari de punere la pamant, cu tensiuni mari de punere la pamant, cu tensiuni nominale U_n >=110kV, care lucreaza cu neutrul direct legat la pamant, o punere la pamant a unei faze echivaleaza cu un scurtcircuit monofazat. Se cunoaste ca, in anumite configuratii, acest curent poate depasi valoarea curentului de scurtcircuit trifazat.

Liniile radiale, cuprinse in astfel de retele si neechipate cu protectii de distanta, se protejeaza cu sectionari de curent homopolare in calitatea de protectii de baza, rapide si cu protectii maximale de curent homopolare, temporizate in calitate de protectii de rezerva. Curentul de pornire pentru protectia maximala de curent homopolara , temporizata se calculeaza conform relatiei:

I_pp = (0.4.0.6)I_nL;

Protectia de distanta a liniilor electrice.

Schema bloc de elemente a unei protectii de distanta este prezentata in figura .

Pentru protectia liniilor radiale, la care sectionarea de curent nu satisface, precum si pentru protectia liniilor electrice cu alimentare bilaterala, din retelele buclate, se insatleaza protectii de idstanta cu relee de impedanta minima.

Elementul de pornire EP este un releu maximal maximal de curent, sau un releu de impedanta minima. Elementul sensibil ES masoara impedanta si, prin aceasta, distanta la puctul defectului. Datorita elementului de temporizare ET se introduce dependenta timpului de actionare de valoarea impedantei masurate: t_a = f(U/I); prezenta unui element directional ED asigura selectivitatea protectiei. Marimea de comanda se obtine la iesirea elementului de executie EE, conditionat de semnalul elaborat in blocul dispozitivelor pentru blocarea sau coordonarea functionarii protectiei de distanta cu celelalte sisteme de protectie si automatizare.

Linia de 400kV

Se considera linia L1 de 400kV avand parametrii :

L = 150km;

Zli = 50.1Ω;

U_n = 400kV;

I_n= 1.041 . 10 ³A.

. Protectie maximala in doua trepte:

Treapta I: - Sectionarea de curent rapida.

Curentul de pornire al protectiei este:

I_pp1=K_sig ^.I_scmaxext

Unde: I_scmaxext - reprezinta curentul maxim de scurtcircuit la capatul liniei

I_pp1=1^.26^. 10³

I_pp1=47.3 kA

Folosindu-se o sectionare de curent temporizata, care se desensibilizeaza in raport cu, curentul de scurtcircuit si raportand la tensiunea de 220 kV, vor rezulta urmatoarele:

I_pp2= l^.20^.10³.400^.10³/220^.10³

I_pp2 = 36.36 kA.

Avand in vedere ca sectionarea temporizata asigura intreaga linie si necesita o temporizare mica (0.8) adoptam o a doua solutie. Pentru aceasta este necesar curentul maxim de sarcina:

I_max.sarc.400 1.04kA

Alegem rapoartele de transformare:

n_TC==40

Curentul de pornire al releelor pentru sectionare este:

i_pr = 45-10³/40=1.125-10³A.

Alegem releele de curent RC-1H, cu bobine in serie si un releu de timp RTpa-5.

Treapta a II-a - Protectie maximala temporizata.

I_pp=^.10⁴ =1.46 kA

Realizand protectia pe doua faze, vom verifica coeficientul de sensibilitate in cazul unui defect bifazat pe fiecare din linii:

K_sensI=^.8.9^.10³/1.46^.10^3.400/220=3.18>1.5

K_sensII=^.2.5^.10^3.400^.10³/220^.10³=15.65>1.5

Deci protectia pe doua faze este satisfacatoare.

Curentul de pornire al releelor este:

i_pr= 1.46^.10^3./40=36.5 A