Microsoft Word - 6PROTTRAFO

8/16/2019 Microsoft Word - 6PROTTRAFO

http://slidepdf.com/reader/full/microsoft-word-6prottrafo 1/41





INSTALATII DE AUTOMATIZARE SI PROTECTIE A INSTALATIILOR ENERGETICE 3

o pantă de 2-4%, pentru a uşura trecerea eventuală a gazelor sau a uleiului spre conservator.

Releul de gaze (figura 1.2) constă dintr-un mic rezervor 1, prevăzut, pe două laturi opuse, cuorificii pentru racordarea la conducta de ulei. În interiorul acestuia se găsesc piesele mobile deforma unor flotoare sau palete 6, aflate în circuitul uleiului şi de care sunt fixate contactele 7, deforma unor întreruptoare basculante cu mercur sau întreruptoare magnetice. Carcasa releului esteprevăzută cu un capac uşor demontabil 2, sub care se află bornele contactelor 5 şi un robinet 3,

pentru evacuarea gazelor sau a uleiului. În pereţii releului sunt montate sticle de nivel marcate încentimetri cubi, pentru aprecierea volumului gazelor formate. În partea inferioară a aparatului estedispus un al doilea robinet 4, pentru golirea uleiului.

Releul cu un flotor are o singură piesă mobilă, de forma unui flotor cilindric 6, care se poateroti în jurul unui ax (v. partea superioară a figurii 1.2).

În funcţionare normală, când releul este plin cu ulei, flotorul pluteşte, iar contactul său 7 estepe poziţia de repaus. În cazul scăderii nivelului uleiului, care poate fi produsă de neetanşeitateacuvei sau de o degajare lentă de gaze provocată de un defect intern în transformator, flotorulcoboară, rotindu-se în jurul axului său, întreruptorul cu mercur basculează şi aduce contactul înpoziţie de lucru.

Releul este utilizat în special pentru semnalizare, el acţionând chiar în faza incipientă adefectelor enumerate. El poate fi însă utilizat şi pentru a comanda deconectarea transformatorului,ceea ce prezintă dezavantajul scoaterii imediate a transformatorului din funcţiune, atât în cazuldefectelor uşoare cât şi al celor grave, deoarece releul cu un flotor nu face nici o distinc ţie întreaceste două categorii de defecte.

Releul cu două flotoare, dispuse, după cum se vede în figura 1.2, pe două etaje, facedistincţie între cele două categorii de defecte. Etajul superior nu diferă constructiv şi funcţional dereleul cu un flotor, constituind elementul de semnalizare. Etajul inferior, care constituie elementulde declanşare, conţine al doilea flotor 9, o paletă mobilă cu ax orizontal 10 şi, solidar cu aceasta,

întreruptorul cu mercur 7.




În cazul unei degajări lente, gazele (care, după cum s-a văzut, acţionează asupra flotoruluisuperior) nu acţionează şi asupra celui inferior, fiindcă după ce gazele umplu releul până la limitasuperioară a orificiilor de intrare şi de ieşire, ele trec liber spre conservator.

În cazul unei degajări violente de gaze, fluxul de ulei şi gaze care trece prin releu loveştepaleta de şoc 10, aflată chiar în faţa orificiului de intrare. Dacă viteza fluxului depăşeşte 0,5 m/spaleta se roteşte, antrenând şi întreruptorul basculant 7. Mercurul stabileşte contactul, care închidecircuitul de declanşare şi transformatorul avariat este deconectat într-un timp scurt (0,1—0,3 s).

Releul este prevăzut cu posibilitatea de reglare a vitezei de acţionare a fluxului de ulei saude gaze între 0,5—1,5 m/s, prin modificarea suprafeţei active a paletei. Viteze de acţionare sub 0,5m/s nu se folosesc, pentru a nu exista pericolul acţionării neselective a releului, în cazul când printransformatoare trec curenţi de scurtcircuit provocaţi de defecte exterioare, care, după cum s-aconstatat din practică, pot produce în transformator fluxuri de ulei spre conservator.

Releele construite în ţară sunt de două variante: tipul RB-5 h la care contactele sunt realizatesub forma unui întreruptor cu mercur şi tipul RB-5 k la care se foloseşte un întreruptor magnetic.Acesta din urmă constă dintr-un vas de sticlă fix, în interiorul căruia se găsesc contactele metaliceacţionate din afară cu ajutorul unui magnet permanent, care se deplasează odată cu flotorul. Fiecaredin cele două variante se construieşte cu unul sau cu două flotoare. Contactele pot fi normaldeschise sau normal închise.

La marea majoritate a transformatoarelor se folosesc relee cu două flotoare, cele cu un flotorgăsindu-şi utilizare numai la unele transformatoare cu puteri mici (sub 1000 kVA); oricare dintrerelee pot fi folosite şi la alte aparate în cuve cu ulei, ale căror condiţii de exploatare justifică utilizarea lor (condensatoare pentru ameliorarea factorului de putere şi bobine de stingere).

Un alt tip de releu care se utilizează pentru protecţia aparatelor în cuve cu ulei este releul depresiune. Acesta constă în principiu dintr-un contact comutator basculant, de forma unui tub cumercur, care este acţionat de o paletă, mobilă în jurul unui ax. Paleta este astfel construită încât seroteşte numai sub acţiunea unui flux de ulei, de o anumită intensitate. Releul comandă de obiceideclanşarea.

Astfel de relee sunt folosite în special pentru protecţia împotriva defectelor interne dincomutatoarele sub sarcină a treptelor de tensiune ale transformatoarelor şi autotransformatoarelorde forţă, având puterea peste 10MVA. Releul de presiune este montat pe conducta dintre cuvaproprie a comutatorului (sau a comutatoarelor, în număr de trei, la unităţile mari, peste 100 MVA)şi conservatorul de ulei comun al întregii unităţi.

Schema electrică a protecţiei de gaze este reprezentată în figura 1.3. După cum se vede,contactul superior al releului de gaze 1 comandă semnalizarea, care trebuie să fie acustică şi optică.Contactul inferior comandă declanşarea tuturor întreruptoarelor transformatorului. Deoareceimpulsul dat de acest contact poate fi de scurtă durată (în funcţie de caracterul deplasării uleiuluisau a gazelor în releu), schema electrică trebuie să asigure prelungirea acestui impuls până ladeclanşarea întreruptoarelor. În schema din figura 1.3, a, impulsul de declanşare care ajunge directla releul general de ieşire 5 al protecţiei transformatorului este prelungit de releul 4, al cărui contact




cu temporizare la revenire este ţinut închis în timpul funcţionării normale, releul fiind excitat princontactul normal închis al releului intermediar 3.

În schema din figura 1.3, b, prelungirea impulsului se obţine cu un releu intermediar 3', care

este releul de ieşire propriu al protecţiei de gaze şi care are două sau trei bobine de reţinere. Acestebobine sunt înseriate cu contactele de declanşare ale releului, cu bobinele de declanşare şi cubloccontactele întreruptoarelor. Ele menţin releul 3' excitat până în momentul declanşării ultimului

întreruptor, respectiv până în momentul deschiderii ultimului bloccontact. În sfârşit, în schema dinfigura 1.3, c, prelungirea impulsului de declanşare este realizată prin automenţinerea releului 3 ",

printr-un al treilea contact. După deconectarea transformatorului, releul 3" este readus în poziţiainiţială, dezexcitată, de către personalul staţiei, prin butonul 7 cu un contact normal-închis. Schemaprotecţiei de gaze din figura 1.3 conţine şi releul de semnalizare 2, de tip serie, pentru semnalizareaacţionării protecţiei cu impuls pentru declanşare şi dispozitivul de deconectare 6, prin care protecţiapoate fi comutată pentru a comanda semnalizarea, în cazul când s-au constatat declanşăriintempestive ale protecţiei.Transformatoarele şi autotransformatoarele mari, constituite din

elemente monofazate, sunt prevăzute cu relee de gaze şi de semnalizare la fiecare cuvă, impulsurilede declanşare fiind aduse la un acelaşi releu intermediar. La realizarea practică a circuitelorelectrice ale protecţiei de gaze, trebuie să se aibă grijă ca borna releului legată la contactul cufundatpermanent în mercur să fie legată la plus, iar cealaltă la minus. Pentru legarea releului la circuitulelectric se va folosi cablu cu izolaţie de hârtie, deoarece izolaţia de cauciuc este atacată de uleiul detransformator; la staţiile exterioare, trebuie asigurată o protecţie eficace a bornelor releului

împotriva umezelii. Avantajele importante ale protec ţ iei de gaze sunt: simplitatea, sensibilitatea,rapiditatea în cazul defectelor grave, comanda semnalizării sau a declanşării, în funcţie de caracteruldefectelor. Protecţia de gaze este cea mai sensibilă dintre protecţiile transformatorului în cazulscurtcircuitelor între spire. Din practica exploatării au reieşit şi câteva puncte slabe ale protecţiei de




gaze, datorită cărora au avut loc acţionări greşite ale protecţiei şi deci deconectări inutile aletransformatorului. Aceste acţionări greşite, legate de principiul de funcţionare al protecţiei, au două cauze principale. Prima constă în faptul că aerul, care este introdus în cuvă o dată cu uleiul, seridică în cazul creşterii temperaturii acestuia, spre conservator şi, trecând prin releu, poatedetermina acţionarea lui. Remediul constă, fie în comutarea protecţiei pe semnalizare în primele treizile după repunerea în funcţiune a transformatorului, după reparaţii sau revizii, timp în care aerul

introdus în cuvă este evacuat, fie în eliminarea periodică (la câteva ore) a aerului colectat în releu,prin robinetul special prevăzut. A doua cauză a deconectării greşite a transformatorului de cătreprotecţia de gaze este acţionarea posibilă a releului de către fluxul de ulei care se formează întransformator, în urma unor scurtcircuite exterioare violente sau în urma pornirii şi opririi pompelordin circuitul de ulei al transformatoarelor cu răcire în circuit închis. Pentru a se elimina posibilitateaacestor acţionări greşite, se micşorează sensibilitatea elementului de declanşare, aşa cum sa arătat,prin reglarea paletei elementului de declanşare.

1.3. Protecţia diferenţială

1.3.1.Domeniul de aplicare şi principiul de funcţionare

Ca o completare a protecţiei de gaze, se utilizează, pe scară largă, contra scurtcircuitelor

interne şi la bornele transformatoarelor, protecţia diferenţială longitudinală. În zona ei de acţiuneintră şi legăturile prin cabluri sau bare între transformator şi întreruptoare. Protecţia diferenţială,conform normelor se aplică de regulă la transformatoarele cu o putere de 10 000 kVA sau mai mareşi de asemenea în următoarele cazuri: la transformatoarele cu puterea sub 10 000 kVA, în scopuldeconectării selective a transformatorului defectat, dacă funcţionează mai multe unităţi în paralel şide asemenea la acele transformatoare, cu puterea de 1000 kVA sau mai mare, care alimentează consumatori de o deosebită importanţă (de exemplu, serviciile proprii ale centralelor electrice), dacă protecţia maximală cu tăiere de curent nu satisface condiţiile de sensibilitate, iar protecţia maximală temporizată are un timp de acţionare mai mare de 0,5 s.

Principiul ei de funcţionare este, ca şi în cazul generatoarelor principiul comparăriicurenţilor. În cazul transformatoarelor, se compară valorile şi sensurile curenţilor aceloraşi faze dincele două sau trei înf ăşurări ale transformatorului protejat. Transformatorul trebuie să aibă instalate,

pe fiecare fază a tuturor înf ăşurărilor sale, transformatoare de curent. înf ăşurările secundare aleacestora trebuie legate între ele astfel încât, de exemplu în cazul unui transformator cu dou ă

înf ăşurări, releul să măsoare diferenţa I d = I I − I

II .

În funcţionare normală sau în cazul scurtcircuitelor exterioare (figura 1.4, a), schemaprotecţiei diferenţiale trebuie să asigure egalitatea curenţilor secundari (iI=iII), deci curentul înreleu este id = 0 şi acesta nu acţionează. În cazul scurtcircuitelor în zona protejată (figura 1.4, b),

curentul în releu este egal cu suma id = i I + i

II . Dacă i

d > i

p(ip fiind curentul de pornire al releului)

releul acţionează şi comandă deconectarea transformatorului.




1.3.2. Particularităţile protecţiei diferenţiale a transformatoarelor

Schemele protecţiilor diferenţiale longitudinale ale generatoarelor şi ale liniilor, datorită faptului că,curenţii primari sunt egali şi au aceeaşi fază, asigură, în cazul scurtcircuitelor exterioare, condiţiaid = i

I − i

II = 0 , numai prin respectarea condiţiilor privind egalitatea rapoartelor de transformare,

coeficientul de supracurent şi identitatea caracteristicilor de magnetizare ale transformatoarelor decurent. La transformatoare însă, realizarea unei protecţii diferenţiale care să asigure condiţiamenţionată are câteva particularităţi, care se referă la existenţa unui curent de magnetizare, ladiferenţa de fază între curenţii primari ai diferitelor înf ăşurări, la inegalitatea curenţilor secundari aidiferitelor înf ăşurări şi la existenţa unui curent de dezechilibru relativ mare.

1.3.2.1. Curenţii de magnetizare şi desensibilizarea protecţiei faţă de aceştia.

Curentul de magnetizare trece numai prin înf ăşurarea de pe partea sursei de alimentare,valoarea sa în regim normal fiind de ordinul 1-3% din curentul nominal. La punerea sub tensiune atransformatorului sau la restabilirea tensiunii la bornele sale, după deconectarea unui scurtcircuit înreţea, are loc un şoc al curentului de magnetizare, a cărui valoare atinge, în primul moment 4-6 I n.Durata curentului de şoc de magnetizare depinde de parametrii transformatorului şi ai reţelei,putând atinge 2-3s; ea creşte cu puterea transformatorului.

Pentru desensibilizarea protecţiei diferenţiale faţă de şocurile curentului de magnetizare sepoate proceda în mai multe moduri.• Temporizarea protec ţ iei diferen ţ iale între 0,5 şi 1 s (figura. 1.5) este un procedeu simplu,care are însă dezavantajul esenţial că anulează principala proprietate a protecţiei diferenţiale, aceea

de a acţiona rapid, cauzând totodată şi creşterea timpilor altor protecţii din reţea. Din aceste motive,utilizarea protecţiei cu temporizare s-a restrâns mult în ultimul timp.




• Desensibilizarea prin curent a protec ţ iei diferen ţ iale (figura 1.6) constă în reglareacurentului protecţiei la o valoare superioară curentului de şoc de magnetizare. Din practicaexploatării a rezultat că o desensibilizare sigură se obţine reglându-se protecţia la un curent egal cu3-4 In. Deşi în primul moment această valoare este inferioară curentului de şoc de magnetizare,deoarece atenuarea acestuia este mai rapidă decât timpul propriu al protecţiei, aceasta nuacţionează. Protecţia reglată în acest mod este cunoscută sub numele de protecţie diferenţială cutăiere de curent.

• Desensibilizarea protec ţ iei cu transformatoare cu satura ţ ie rapid ă se obţine prin conectareareleelor de curent la circuitul diferenţial prin intermediul unor transformatoare monofazate cusaturaţie rapidă, denumite prescurtat TSR (figura 1.7).• Blocarea protec ţ iei fa ţă de armonicile superioare ale curentului de magnetizare utilizează un releu diferenţial special, cu o înf ăşurare de frânare alimentată cu curentul total şi cu o înf ăşurarede lucru alimentată cu curentul undei fundamentale. Parametrii releului se aleg astfel încât, la






diferenţa de fază a curenţilor primari prin legarea corespunzătoare a transformatoarelor de curent.S-a considerat că transformatorul este parcurs de curenţi de sarcină sau de curenţi de scurtcircuittrifazat exterior. De asemenea, s-a considerat că curenţii primari şi secundari ai transformatoarelorde curent au aceleaşi faze. După cum s-a văzut şi în figura 1.8, între curenţii pe fază IR, IS, IT şicurenţii compuşi Irs, Ist, Itr există un defazaj de 30°. Acest defazaj se menţine la curenţii secundari irs, ist, itr obţinuţi prin legarea în stea a transformatoarelor de curent TC11. Pentru ca, curen ţii

secundari de pe partea în stea a transformatorului de forţă să fie aduşi în fază cu curenţii irs, ist, itr,este necesar ca transformatoarele de curent TC1 să aibă înf ăşurările secundare legate în triunghi, caşi înf ăşurarea în triunghi a transformatorului de forţă. Această compensare asigură acţionareacorectă a protecţiei, nu numai în cazul sarcinilor simetrice şi al scurtcircuitelor trifazate, ci şi laorice fel de scurtcircuite nesimetrice sau sarcini dezechilibrate.

Se ştie că, în cazul unui scurtcircuit nesimetric, curentul Isc reprezintă suma curenţilordirect, invers şi homopolar. Curenţii direct şi invers formează fiecare în parte sisteme simetrice şideci se repartizează în circuitele protecţiei la fel ca şi în cazul scurtcircuitelor trifazate.

În ce priveşte curenţii homopolari Io (figura 1.10), care apar numai în cazul scurtcircuitelor însoţite de puneri la pământ, aceştia se închid numai prin înf ăşurarea în stea a transformatorului deforţă, cu condiţia ca punctul său neutru să fie legat la pământ. Curenţii homopolari transformaţi în

înf ăşurările secundare TC1 au, după cum se vede în figură, acelaşi sens, astfel că dacă aceste înf ăşurări sunt legate în triunghi, curenţii homopolari secundari se închid în interiorul triunghiului şinu trec prin releele protecţiei.

Dacă transformatoarele de curent TC1 ar fi fost legate în stea, distribuţia curenţilorhomopolari prin înf ăşurările lor secundare ar fi fost echivalentă cu o distribuţie cauzată de un defectinterior şi ar fi dus la o acţionare greşită a protecţiei. Rezultă necesitatea ca, la transformatoarele cu




conexiuni stea-triunghi, transformatoarele de curent de pe partea stelei să fie legate în triunghi(figura 1.9 şi figura 1.10).

În general, la elaborarea schemei protecţiei diferenţiale a transformatoarelor de forţă trebuierespectate următoarele reguli:

• legarea transformatoarelor de curent în stea sau în triunghi trebuie să corespundă înmod riguros clasei de conexiuni a înf ăşurărilor transformatorului de forţă;

• transformatoarele de curent legate în stea şi în triunghi trebuie să fie legate între eleşi la relee astfel încât, în cazul scurtcircuitelor exterioare, în conductoarele de legătură curenţiisecundari să aibă acelaşi sens, iar în relee sensuri contrare.

În figura 1.11 este reprezentat modul de legare a înf ăşurărilor secundare aletransformatoarelor de curent ale protecţiei diferenţiale, pentru cele mai uzuale clase de conexiuniale transformatoarelor de forţă.Compensarea diferenţei de fază dintre curenţii primari se poate face, în cazul în care se folosesctransformatoare de egalizare, prin legarea înf ăşurărilor acestora, după aceleaşi reguli ca cele folositela schemele din figura. 1.11, b, c şi d. În acest caz, înf ăşurările secundare ale transformatoarelor decurent se vor lega, pe ambele părti, în stea. Schema din figura 1.1, a nu se foloseşte decât dacă transformatorul de forţă nu are nici un punct neutru legat la pământ; în caz contrar, pentruconsiderentele arătate la explicarea figurii 1.10, înf ăşurările secundare ale ambelor grupe de




transformatoare de curent (sau ale transformatoarelor de egalizare respective) vor trebui legate întriunghi. Această ultimă observaţie este valabilă şi trebuie respectată de asemenea în cazulautotransformatoarelor cu punctul neutru legat direct la pământ (cum este, de exemplu, cazulunităţilor de 220/110 kV).

1.3.2.3. Inegalitatea curenţilor secundari şi egalizarea lor.

Cu toate că rapoartele transformatoarelor de curent se aleg în funcţie de curenţii nominali aitransformatorului de forţă, în majoritatea cazurilor, curenţii din circuitele secundare ale protecţiei

diferenţiale nu sunt egali, din cauza nepotrivirii dintre curenţii nominali primari aitransformatorului de forţă şi ai transformatoarelor de curent standardizate şi a modificării curentuluisecundar, de către conexiunile în triunghi ale transformatoarelor de curent. După cum s-a arătat, unadintre condiţiile de funcţionare a protecţiei diferenţiale este însă egalitatea curenţilor secundari.

Când între curenţii secundari rezultaţi în circuitele protecţiei diferenţiale există o diferenţă mai mare decât 5%, trebuie folosite mijloace auxiliare de egalizare. Se practică în acest scop două metode: compensarea pe cale electrică a diferenţei curenţilor, prin autotransformatoare sautransformatoare intermediare şi compensarea fluxurilor magnetice produse de curenţii secundari,

într-un transformator special.






protecţiei diferenţiale a transformatoarelor se obţine prin mai multe căi, dintre care unele suntcunoscute de la protecţia generatoarelor. Prima şi cea mai simplă metodă constă în reglareaprotecţiei la un curent ip>idez.

Aceasta are dezavantajul unei sensibilităţi reduse, deoarece, după cum s-a văzut, curenţii dedezechilibru ai transformatoarelor sunt mai mari decât ai altor instalaţii. Din formula (1.4) rezultă valorile mari la care pot ajunge curenţii de dezechilibru. -a arătat că egalizarea curenţilor secundari

se face pentru valoarea nominală a raportului de transformare NT al transformatorului de forţă; dacă acesta funcţionează pe altă treaptă, în releele protecţiei apare, În cazul scurtcircuitelor exterioare, uncurent de dezechilibru proporţional cu treapta de tensiune tensiune D NT corespunzătoare nouluiraport:

c

scT r dez

n

I N i ⋅

∆=

100

%. (1.5)

Compensarea acestui dezechilibru prin variaţia egalizării, corespunzător variaţiei raportului NT, este dificilă şi nejustificată faţă de frecvenţa operaţiei.

Alte căi de desensibilizare a protecţiei diferenţiale faţă de curenţii de dezechilibru sunt:folosirea transformatoarelor cu saturaţie rapidă la care sunt conectate releele protecţiei şi utilizareaunor relee cu acţiune de frânare în cazul scurtcircuitelor exterioare, metodă care se aplică în special

la transformatoare.Indiferent dacă reglajul protecţiei se efectuează sau nu în funcţie de dezechilibru şi deci

indiferent de tipul protecţiei folosite, pentru obţinerea unui coeficient de sensibilitate cât mai buneste necesară reducerea curenţilor idez, printr-o serie de măsuri. Astfel, înf ăşurăriletransformatoarelor de curent trebuie să corespundă condiţiilor cerute de protecţia diferenţială, sau,

în general, coeficientul de saturaţie să fie mai mare decât 10, la transformatoarele de curent de 6-35kV şi mai mare decât 15, la transformatoarele de curent de 110-400 kV. Sarcinile secundare aletransformatoarelor de curent trebuie să aibă valori mai mici decât cele pentru care, la curentulmaxim de scurtcircuit, eroarea de măsurare depăşeşte limita admisibilă de 10%. Pentru asigurareaacestor condiţii, transformatoarele de curent şi sarcinile lor secundare se verifică după curbeleerorilor de 10% sau după caracteristicile lor de magnetizare.

1.3.3. Protecţia diferenţială cu relee de curent legate direct

Această protecţie (figura 1.12), cunoscută sub numele de protec ţ ie diferen ţ ială cu t ăiere de

curent, foloseşte releele de curent simple 1 şi are un reglaj asemănător cu cel al protecţiilor cu tăierede curent. Deosebirea constă în legarea releelor la un circuit diferenţial, pentru obţinerea uneiselectivităţi complete. Protecţia are acţiunea rapidă, declanşarea comandându-se prin releulintermediar 3. În schemă sunt figurate şi autotransformatoarele de egalizare 4, releul de semnalizare2 şi dispozitivul de deconectare 5. Protecţia diferenţială se prevede, de obicei, cu un dispozitiv dedeconectare cu două poziţii, pentru comutarea protecţiei asupra semnalizării, la încercareaprotecţiei.

La reglarea protecţiei se ţine seama de condiţia de desensibilizare a curentului de pornire ip

faţă de şocurile curentului de magnetizare care apar la conectarea transformatorului şi faţă de

curenţii de dezechilibru în cazul scurtcircuitelor exterioare. Pentru uşurarea primei condiţii dedesensibilizare este indicat ca releul intermediar de ieşire al protecţiei să aibă un timp de acţionarede 0,04-0,06 s, suficient pentru depăşirea vârfurilor valorilor iniţiale ale curentului de magnetizare.Cu această temporizare, curentul de pornire se poate fixa la valoarea

c

n p

n

I i )5..3(= (1.6)

Curentul ales trebuie verificat printr-o probă de conectare a transformatorului în gol, latensiunea nominală.

Din cauza valorii mari stabilite a curentului de pornire, protecţia diferenţială cu relee de




curent conectate direcţ are o sensibilitate insuficientă în cazul scurtcircuitelor între spire.Sensibilitatea protecţiei se verifică calculându-se coeficientul de sensibilitate ksens, pentru cazulscurtcircuitelor bifazate în regim minimal la bornele înf ăşurării secundare ale transformatoruluiprotejat, cu formula obişnuită

p

scsens

I

I k

)2(min.

= (1.7)

Figura1.12 Schema de principiu a protecţiei diferenţiale cu tăiere de curentla un transformator cu două înf ăşurări

În cazul când ksens< 1,5, trebuie adoptată o altă schemă de protecţie diferenţială, dintre celecare vor fi descrise în continuare.

Protecţia diferenţială cu relee de curent conectate direct prezintă avantajele simplităţii şirapidităţii în acţionare şi dezavantajul sensibilităţii reduse. Această protecţie se aplică de obicei latransformatoarele de puteri mici, la care, din motive de selectivitate, este necesara deconctarearapida din ambele parti a transformatorului defectat.

Pentru transformatoarele cu conexiuni stea-triunghi, protectia diferentiala poate fi realizată ca în schema din figura 1.12, adică pe trei faze sau printr-o schemă simplificată pe două faze pepartea triunghiului transformatorului de forţă, cu două sau trei relee (figura 1.13).




a bFigura 1.13 Scheme incomplete ale protecţiei diferenţiale

a – cu trei relee de curent;b – cu două relee de curent

Schema simplificată, care permite economisirea unui transformator de curent, foloseştedrept a treia fază (în cazul de faţă faza S), conductorul de întoarcere 00'. Prin aceasta circulă sumacurenţilor de pe celelalte faze, cu semn schimbat, adică un curent care ar corespunde ca valoare şisens curentului lipsă de pe faza S.

sr r I I I I =−+−= )()('00

Rezultă că în cazul oricărui scurtcircuit exterior, prin releele schemei simplificate circulă aceiaşi curenţi ca şi în cazul schemei complete.

Schema simplificată prezintă totuşi dezavantajul că nu este sensibilă la dublele puneri lapământ pe partea triunghiului, şi anume când o punere la pământ în transformator are loc pe fazaf ără transformator de curent. Acest defect este însă sesizat şi deconectat, fie de protecţia de gaze, fiede protecţia maximală a transformatorului şi, de aceea, dezavantajul nu este esenţial.

Schema completă se aplică întotdeauna la transformatoarele de puteri mari (peste 10 MVA),iar schema simplificată este recomandabilă pentru transformatoarele de puteri mici şi mijlocii.

1.3.4. Protecţia diferenţială cu acţiune de frânare

La transformatoarele prevăzute cu reglajul sub sarcină al raportului de transformare, latransformatoarele cu trei înf ăşurări alimentate prin două sau prin toate înf ăşurările şi uneori chiar încazurile mai simple, curenţii de dezechilibru produşi de scurtcircuitele exterioare pot atinge valorimari, care să impună alegerea unui curent de pornire cu mult superior curentului nominal. În acestecazuri, deoarece reglarea curentului de pornire la o valoare mai mare, de ordinul (3...4) In,micşorează sensibilitatea protecţiei, se aplică sistemul de protecţie cu acţiune de frânare.

Caracteristicile de funcţionare sunt diferite, depinzând de modul de alimentare atransformatorului protejat (alimentare uni sau bilaterală), de locul scurtcircuitului (interior sauexterior), de genul scurtcircuitului (mono-, bi-, sau trifazat), de curentul de pornire pentru frânarenulă şi de coeficientul de frânare. Sensibilitatea acţionării protecţiei, în cazul defectelor situate înzona protejată şi selectivitatea, în cazul scurtcircuitelor exterioare, se obţin alegându-se uncoeficient de frânare, kf=0,3...0,6 şi un curent de pornire Ip.o=(0,3...0,5)in.

Acţiunea frânării nu elimină însă posibilitatea acţionării releului sub influenţa şocurilorcurentului de magnetizare. Pentru îndepărtarea acestui pericol există mai multe metode de realizarea protecţiei diferenţiale cu acţiune de frânare. Dintre acestea, vor fi descrise două: utilizareatransformatoarelor cu saturaţie rapidă şi blocare cu ajutorul armonicelor superioare. Protec ţ ia

diferen ţ ială cu frânare şi transformatoare cu satura ţ ie rapid ă poate fi considerată o protecţie










(curentul Is).Aplicând legile lui Kirchoff circuitelor parcurse de curenţii de defect definiţi mai sus, se

deduce în final relaţia

Procedând în mod similar pentru cazul unui defect exterior (figura 1.14, b), în care b şi Isc.e au aceleaşi semnificaţii ca în cazul precedent şi ţinând seama că It=Is se obţine, pentrutransformatorul protejat (din stânga figurii), relaţia

Din relaţiile (1.11) şi (1.12) se deduce condiţia generală de funcţionare a protecţiei

Schema de principiu a protecţiei este reprezentată în figura 1.15 şi constă dintr-untransformator de curent 1, înseriat pe legătura dintre cuvă şi priza de pământ, la al cărui secundareste legat releul maximal de curent 2. Acesta acţionează netemporizat asupra releului intermediar de

declanşare a protecţiei transformatorului.

Figura 1.14 Repartizarea curenţilor de defect în cazul uni circuit monofazat la untransformator a – scurtcircuit interior b – scurtcircuit exterior




Eficacitatea protecţiei de cuvă împotriva scurtcircuitelor cu punere la pământ depinde înspecial de modul cum au fost rezolvate două probleme: izolarea cuvei faţă de pământ şi alegereatransformatorului şi a reglajului releului de curent. Izolarea cuvei faţă de pământ trebuie executată asfel încât, atât aceasta, cât şi celelalte piese metalice legate organic de ea (mantalele metalice alecablurilor de legătură, conservatorul de ulei, instalaţiile de răcire etc), să fie izolate faţă de priza de

pământ a staţiei sau a centralei respective. Pentru izolarea cuvei şi a celorlalte piese se folosescplăcuţe, rondele etc. din textolit, pertinax, bachelită etc. (piesele izolante 3 în figura 1.15). În cazulcând postamentul transformatorului este din lemn, iar şinele pe care este instalat sunt despărţite deşinele de cale generale, nu mai sunt necesare măsuri speciale de izolare a cuvei. În general, acestemăsuri sunt necesare în cazurile când rezistenţa de izolaţie faţă de pământ a şinelor pe timp umedeste mai mică decît 5-10Ω. Singura legătură electrică a cuvei cu pământul trebuie să se facă prinbara înseriată cu transformatorul de curent al protecţiei. Legarea acesteia la pământ se poate facesau prin legarea la punctul neutru al transformatorului sau la o priză de pământ independentă sau lacea mai apropiată construcţie metalică legată la pământ (figura 1.15), în funcţie de modul de tratarea neutrului în staţia respectivă.

Transformatorul de curent al protecţiei trebuie să îndeplinească o serie de condiţii: raportul

de transformare trebuie ales astfel încât să asigure în secundar un curent suficient, la un curentprimar de acţionare de 40—50 A; să aibă o impedanţă primară zt, cât mai mică, un curent nominalprimar cât mai mare, pentru reducerea la minimum a solicitării sale dinamice (în cazul unor curenţide scurtcircuit mari) şi o izolaţie faţă de masă de ordinul 5—6 kV, din considerente de tehnicasecurităţii: cel mai indicat, din toate punctele de vedere, s-a dovedit a fi un transformator de tiptoroidal, cu raportul de transformare de 50—200/5 A, construit pentru montaj în exterior. Releul decurent trebuie să aibă domeniul de reglaj 0,5—2 A.

Pentru calculul practic al curentului primar de reglaj, ţinînd seama de (1.13), în care s-aconsiderat Z

t ≈ 0 , se poate folosi formula

în care:• ksig este coeficientul de siguranţă necesar pentru a ţine seama de influenţa unor

factori accidentali (ksig = 3...4);

• s p

p

rep Z Z

Z

k +=

, coeficientul de repartiţie, care în lipsa cunoaşterii impedanţelor Zp siZs, se poate considera orientativ egal cu 0,0025.

• Cu valoarea determinată, se verifică sensibilitatea protecţiei

p

iscsens

I

I k .

= (1.15)

fiind necesară respectarea condiţiei k ≥ 2 .Curenţii Isc.e şi Isc.i se calculează pentru acelaşi loc de defect, respectiv borna înf ăşurării

transformatorului, însă corespunzând unor regimuri de funcţionare din care să rezulte pentrucurentul b Isc.e, valoarea maximă, iar pentru Isc.i valoarea minimă.




Protecţia descrisă prezintă următoarele avantaje: simplitate, siguranţă în funcţionare şiuşurinţă în exploatare. Ea poate fi aplicată la transformatoare şi la bobine de stingere, la care, după cum s-a arătat mai înainte sunt necesare unele măsuri constructive pentru izolarea cât mai eficace acuvei faţă de pământ.

Dezavantajul ei este acela că nu acţionează în cazul scurtcircuitelor între faze sau între spire,f ără punere la pământ; după cum s-a constatat în practică, aceste defecte sunt însă deconectate de

protecţia de gaze.Ţinând seama de avantajele sale, protecţia de cuvă contra defectelor interne, cu punere la

pământ, a fost introdusă pe scară largă în unele ţări, mai ales în Franţa, pentru înlocuirea protecţieidiferenţiale. În ţara noastră, această protecţie a fost aplicată experimental încă din anul 1957, lacâteva transformatoare. Experienţa şi rezultatele de exploatare de până acum îndreptăţesc concluziacă utilizarea ei poate să fie extinsă.

1.5. Protecţia maximală cu tăiere de curent

Protecţia cu tăiere de curent este folosită tot contra scurtcircuitelor interne, pentrucompletarea protecţiei de gaze a transformatoarelor cu puterea sub 10000 kVA, neechipate cuprotecţie diferenţială şi a căror protecţie maximală temporizată nu poate fi reglată la un timp de

acţionare suficient de scurt (de obicei 1 s), care să asigure condiţiile de rapiditate şi selectivitate aprotecţiei în ansamblu. Protecţia cu tăiere de curent, care este o protecţie maximală reglată înfuncţie de curentul de scurtcircuit la capătul elementului protejat, are condiţii bune de aplicare latransformatoare (mai ales când acestea funcţionează singure) deoarece datorită reactanţelor relativmari ale acestora, variaţia curenţilor de scurtcircuit asigură protecţiei o zonă de acţionare mare.

Releele protecţiei se leagă la transformatoarele de curent de pe partea alimentării (figura1.16). Releele 1 sunt de tipul electromagnetic sau de tipul cu inducţie (de exemplu, releele de tipRC şi respectiv RTpC); în ultimul caz, pentru protecţia cu tăiere de curent sunt utilizate elementeelectromagnetice, iar elementele de inducţie sunt utilizate pentru protecţia maximală temporizată.Declanşarea ambelor întreruptoare se comandă prin releul intermediar 2.




Protecţia cu tăiere de curent se instalează pe toate cele trei faze, dacă transformatorulprotejat este alimentat de la o reţea cu punctul neutru legat la pământ şi pe două faze, dacă reţeauade alimentare are punctul neutru izolat.

Curentul de pornire al releelor de current se calculează cu formula

in care:ksig= 1,2 ... 1,4 pentru relee tip RC care acţionează prin releu intermediar şi 1,5 ... 1,6

pentru relee tip RTpC;)3(max.sc

I curentul de scurtcircuit trifazat maxim pe bara dinspre sarcină a transformatorului;

nc raportul de transformare al transformatorului de curent.Curentul de pornire trebuie să satisfacă şi relaţia I p≥ (5...3)· I n pentru ca releele să nu fie acţionatede şocul curentului de magnetizare. Sensibilitatea protecţiei se verifică prin calculareacoeficientului de sensibilitate, cu formula:

în care I scmin .

este curentul de scurtcircuit minim în cazul unui defect pe bara de alimentare a

transformatorului; protecţia se consideră satisf ăcătoare dacă ksens > 1,5.Avantajele protecţiei cu tăiere de curent sunt simplitatea în execuţie şi rapiditatea în

acţionare. Dezavantajul ei este acela că zona de acţionare variază în funcţie de regimul reţelei şi,chiar în cazul cel mai favorabil, protecţia nu acoperă întreaga înf ăşurare.

1.6. Protecţia împotriva supracurenţilor provocaţi de scurtcircuitele exterioare

Scurtcircuitele care au loc pe barele la care sunt racordate transformatoarele şi care suntalimentate de acestea sau pe liniile care pleacă de la aceste bare şi care nu au fost deconectate deprotecţiile proprii, provoacă în transformatoare supracurenţi care, în cazul când depăşesc o anumită durată, funcţie de valoarea curenţilor de scurtcircuit, devin periculoşi pentru integritatea

înf ăşurărilor. Pentru eliminarea acestor defecte produse de cauze exterioare, toate transformatoareletrebuie prevăzute cu protecţii maximale de curent temporizate. Aceste protecţii trebuie să

îndeplinească următoarele condiţii:• să deosebească un supracurent provocat de un scurtcircuit, de o suprasarcină, care poate fi

suportată un timp mai îndelungat de către transformator ;• să fie sensibilă la orice scurtcircuit care ar avea loc pe liniile alimentate de la barele

transformatorului;• să fie suficient de rapidă, ţinând seama că un curent de scurtcircuit exterior poate fi de câteva ori

mai mare decât curentul nominal al transformatorului şi poate cauza căderi mari de tensiune înreţea.

La transformatoarele cu trei înf ăşurări, protecţiile maximale trebuie să îndeplinească şi

condiţii speciale de selectivitate, după cum se va vedea. La unităţile mari, peste 100 MVA, înspecial autotransformatoare prin care se efectuează interconexiuni între reţele de înaltă şi foarte

înaltă tensiune, se folosesc protecţii de distanţă care îndeplinesc mult mai bine condiţiile menţionatemai înainte.

În afara protecţiei împotriva scurtcircuitelor exterioare, protecţiile maximale temporizatesau protecţiile de distanţă îndeplinesc şi rolul de rezervă a protecţiilor împotriva defectelorinterioare (protecţia de gaze şi diferenţială). La transformatoarele cu puteri sub 1 000 kVA, dacă timpul de acţionare al protecţiei maximale este sub 1 s, aceasta poate fi folosită atât contradefectelor exterioare, cât şi împreună cu protecţia de gaze (acolo unde aceasta există), contra




defectelor interioare.Protecţiile maximale temporizate ale transformatoarelor pot fi de mai multe feluri:

maximală de curent; maximală de curent cu blocaj de tensiune minimă; maximală de curent cublocaj direcţional şi maximală de curent sau de tensiune homopolară.

1.6.1. Protecţia maximală de current

Protecţia maximală a transformatoarelor cu două înf ăşurări. După cum se observă în figura1.17, protecţia se realizează cu releele de curent 1, releul de timp 2 şi releul de semnalizare aacţionării 3. Releele de curent se conectează la transformatoarele de curent de pe partea alimentării,

în cazul existenţei unei singure surse sau la cele de partea sursei mai puternice, în cazul în caretransformatorul protejat are surse pe ambele părţi. În general protecţia comandă declanşarea tuturor

întreruptoarelor transformatorului prin releul intermediar 4. La transformatoarele cu o singură sursă de alimentare şi care nu funcţionează în paralel cu alte unităţi, se poate admite, dacă printrereceptoarele alimentate nu se găsesc maşini rotative mari (compensatoare sincrone, motoaresincrone sau asincrone), ca protecţia să comande numai declanşarea întreruptorului de pe parteasursei.

110kV

Transformatoarele de curent pentru protectia maximală se leagă întotdeauna în stea; aceastapoate fi completă, când toate cele trei faze sunt echipate, sau incompletă, când există

transformatoare de curent numai pe două faze. În reţelele care funcţionează cu punctul neutru legatdirect la pământ schema protecţiei maximale este trifazată, iar în reţelele cu punctul neutru izolat sefoloseşte schema în stea incompletă, deci numai cu două relee de curent. Schema cu un singurreleu, alimentat cu diferenţa curenţilor pe două faze, nu se utilizează, mai ales în cazultransformatoarelor cu conexiuni λ / ∆ fiindcă nu acţionează la anumite scurtcircuite bifazate pepartea triunghiului. Analiza funcţionării protecţiilor maximale executate după diverse scheme poatefi efectuată uşor cunoscându-se circulaţia şi valoarea curenţilor de defect .

În figura 1.18 este reprezentată o protecţie maximală pe două faze (R şi T) a unuitransformator cu conexiuni λ / ∆. în cazul unui scurtcircuit între fazele R şi S pe partea triunghiului,prin releele fazelor R şi T circulă numai jumătate din curentul total de scurtcircuit, sensibilitatea




reducându-se în acelaşi raport. Sensibilitatea se măreşte legându-se şi al treilea releu de curent, peconductorul de nul al stelei, prin care circulă în acest caz suma curenţilor de pe fazele R şi T, adică curentul fazei S.

Curentul de pornire al protecţiei maximale de curent se determină în funcţie de curentul desarcină maximă Is.max, care poate trece prin transformatorul protejat, cu formula

în care:• ksig = 1,2... 1,25 este coeficientul de siguranţă;• krev = 0,85 este coeficientul de revenire al releelor;• Is.max este curentul de sarcină maxim ;• nc este raportul de transformare al transformatoarelor de curent.

Curentul de sarcină maxim Is.max se calculează în funcţie de regimul de exploatare atransformatoarelor. În afară de transformatoarele care lucrează izolat, în reţelele de distribuţie (la

care se consideră în general Is.max = In) Is.max se calculează în general cu o relaţie de forma:

în care: Is.n este curentul de sarcină normală a transformatorului; Is.s este curentul corespunzător unei sarcini suplimentare pe care transformatorul va trebui

să o preia în cursul exploatării, f ără ca protecţia sa maximală să acţioneze. Sarcina suplimentară poate fi urmarea uneia din următoarele cauze:

a. Preluarea, de către transformatoarele rămase în funcţie, a sarcinii transformatoruluideconectat în urma defectării sale (în cazul transformatoarelor care funcţionează în paralel); în acestcaz:

în care:• Ist este curentul de sarcină al transformatorului deconectat:• n este numărul transformatoarelor care funcţionau în paralel.

b. Preluarea de către transformator a şocului curentului de pornire a unui motor electric cupornire grea, în momentul punerii sale în funcţiune;în acest caz:

în care:• kp şi In.m sunt coeficientul de pornire şi respectiv curentul nominal al celui mai




mare motor alimentat de transformator. Introducând acest curent în relaţia (1.19), valoarea Is.n dinaceeaşi relaţie va trebui diminuată cu valoarea In.m

c. Preluarea şocului curentului de autopornire a motoarelor electrice pe care transformatorulle alimentează, după deconectarea unui scurtcircuit în reţea, sau a motoarelor electrice conectate laacest transformator prin acţionarea unui dispozitiv AAR; în acest caz

în care:• ∑ ap I reprezintă curentul total de autopornire a motoarelor.

Dacă la un transformator, prin condiţiile sale de exploatare sunt valabile mai multe ipotezede calcul, în formula (1.19) se introduce pentru Is.s valoarea cea mai mare rezultată din (1.20)-(1.22).

Sensibilitatea protecţiei se verifică calculându-se coeficientul ksens, pentru un scurtcircuit înregim minim, pe bara transformatorului, opusă sursei. cu formula

în care:)2(min.sc I este curentul de scurtcircuit bifazat în regim minim;

Ip = ip • nc este curentul primar de pornire al protecţiei. Conform normelor, trebuieasigurată condiţia k sens≥ 5,1 .

În practică, valoarea coeficientului ksens, al protecţiei maximale obişnuite este adesea sublimita admisibilă. La transformatoarele ridicătoare, acest lucru este foarte frecvent, deoarece surseleracordate au puteri de acelaşi ordin cu ale acestora şi deci curenţii de scurtcircuit respectivi suntrelativ mici, iar ksens este redus. La transformatoarele coborâtoare se obţin de obicei coeficienţi desensibilitate satisf ăcători, deoarece prin acestea trec curenţii de scurtcircuit determinaţi de sistem, acărui putere depăşeşte de câteva ori puterea transformatoarelor. Totuşi, în cazul transformatoarelorcoborâtoare mari (peste 25 MVA), situate departe de sursele principale ale sistemului şifuncţionând câte două în paralel (deci I s.max= 2 · I n), se poate ca ksens < 1,5.

La transformatoarele cu conexiuni λ / ∆, prima măsură pentru mărirea lui ksens, estemontarea protecţiei pe trei faze. Metoda generală pentru obţinerea unei sensibilităţi mărite estefolosirea protecţiei maximale de curent cu blocaj de tensiune minimă.

Timpul de acţionare al protecţiei maximale de curent tT se reglează după condiţia deselectivitate, cu o treaptă peste cel mai mare timp tL al protecţiilor elementelor alimentate detransformator, adică

t T =t

L+∆ t (1.24)

Există situaţii când temporizarea protecţiei numai pe baza condiţiei (1.24) nu este suficientă.În figura 1.19 este reprezentat cazul unui transformator dintr-o sta ţie ridicătoare la ale cărei bare de

6 kV sunt racordate generatoare şi linii. Faţă de temporizările tt şi t3 ale protecţiilor liniilor de 6 şi35 kV, ar trebui ca t3 > tT > t1. Acest reglaj ar duce însă la acţionări neselective ale protecţieitransformatorului, în cazul unor scurtcircuite pe linia de 35 kV şi deci ar fi necesar ca t3 < tT < t5

(unde t5 este timpul protecţiei generatorului), ceea ce ar face ca protecţia liniei de 35 kV să acţioneze neselectiv în cazul unor defecte în reţeaua de 6 kV. Soluţia optimă, în acest caz, estecompletarea protecţiei maximale a transformatorului cu o a doua treaptă de timp, prevăzută cublocaj direcţional, în cazul defectelor pe 35 kV şi care are temporizarea mai mică t2. Cele două trepte de timp vor avea deci reglajele t3>t2>t1 şi t3<t 4<t5.




În figura 1.19 este indicat schematic şi modul de realizare a protecţiei. Schema completă a protecţiei cu blocajdirecţional se întocmeşte întocmai ca şi a protecţiei maximale direcţionale a liniilor.

Protecţia maximală a transformatoarelor cu trei înf ăşurări. Astfel de transformatoare se întâlnesc în special înstaţii coborâtoare cu două tensiuni de distribuţie sau în staţiile serviciilor interne ale centralelor electrice. La acestetransformatoare, protecţia împotriva scurtcircuitelor exterioare trebuie să asigure deconectarea selectivă a înf ăşurăriicare alimentează direct locul defect. Astfel, după cum se vede în exemplul din figura 1.20, în cazul unui scurtcircuit pebara II trebuie deconectat numai întreruptorul I-2 pentru ca celelalte două înf ăşurări să rămână în funcţiune. În acestscop, toate cele trei înf ăşurări ale transformatorului se echipează cu protecţii maximale de curent temporizate.

La transformatoarele care au o singură sursă de alimentare (figura 1.20) conectată deexemplu la bara I (sau, dacă sursele de la celelalte tensiuni sunt slabe), la înf ăşurările legate labarele II şi III se folosesc protecţii maximale simple care comandă declanşarea întrerupătoarelor

respective I-2 şi I-3, cu temporizările t2 şi t3, reglate selectiv cu temporizările reţelelor alimentate.Dacă aceste reţele au punctul neutru izolat sau legat la pământ prin bobină de stingere, protecţiilemaximale ale înf ăşurărilor legate la barele II şi III pot fi executate numai pe două faze. Protecţiamaximală de pe partea sursei principale, care constituie rezerva atât contra defectelor interioare câtşi a celor exterioare, se execută de obicei pe trei faze şi comandă declanşarea tuturor

întrerupătoarelor, cu timpul tt > t2(t3).

La transformatoarele care au surse de alimentare puternice cel puţin pe două părţi,protecţiile maximale simple descrise nu mai pot asigura o separare selectivă a defectelor. De aceea,ca şi la transformatoarele cu două înf ăşurări în situaţie similară, este necesar ca protecţia maximală de pe partea uneia dintre sursa să fie direcţionată.

La transformatoarele coborâtoare cu trei înf ăşurări este posibilă o simplificare a protecţiilor maximale, prinrenunţarea la protecţia maximală proprie a uneia dintre înf ăşurările secundare şi anume a protecţiei cu timpul deacţionare cel mai mic. În schimb, protecţia maximală de pe partea alimentării principale se completează cu un al doileareleu de timp, reglat la timpul protecţiei eliminate prin care se comandă dedanşarea întrerupătorului rămas f ără protecţie.




1.6.2. Protecţia maximală de current cu blocaj de tensiune minimă

În §1.6.1. s-au indicat cazurile când valoarea coeficientului de sensibilitate al unei protecţiimaximale simple poate fi sub limita admisă şi s-a arătat că mijlocul de mărire a sensibităţii este

aplicarea blocajului de tensiune minimă. Acest blocaj are totodată rolul de a împiedica acţionareaprotecţiei maximale în cazul suprasarcinilor care nu provoacă, paralel cu creşterea curenţilor şi oscădere însemnată a tensiunii. De aceea, curentul de pornire al unei protecţii maximale cu blocaj detensiune minimă se poate calcula în funcţie numai de curentul nominal al transformatorului In, cuformula

în care ksig şi krev au semnificaţiile şi valorile indicate pentru formula (1.18), indiferent denumărul de transformatoare care funcţionează în paralel şi de suprasarcinile posibile. Acest reglajmai coborât al curentului Ip face ca sensibilitatea, exprimată prin ksens, să crească în aceeaşimăsură.

Ca şi la generatoare, blocajul de tensiune minimă se realizează cu trei relee de tensiuneminimă. Tensiunea de pornire a acestora se calculează ţinându-se seama de revenirea lor în poziţiacu contactele închise la scăderea tensiunii, cu formula

în care:• Umin = (0,9 ... 0,95) Un este tensiunea de funcţionare minimă admisă pe bare;• ksig=1,1 ... 1,2 - coeficientul de siguranţă;• Krev= 1,15 ... 1,2 - coeficientul de revenire al releului;




• nt - raportul de transformare al transformatoarelor de tensiune.Sensibilitatea protecţiei se verifică cu formula

în care:• Up = up • nt ;• Usc.max -tensiunea corespunzătoare unui scurtcircuit în regim maxim.Transformatoarele de tensiune de la care sunt alimentate releele, cum şi modul de conectare

a releelor (în stea sau în triunghi), trebuie alese astfel încât să se obţină o sensibilitate cât mai marea protecţiei, ţinându-se seama de următoarele considerente:• releele se alimentează de la transformatoarele de tensiune de pe partea sursei pentru caprotecţia să poată acţiona când transformatorul se defectează la punerea sub tensiune;• dacă sensibilitatea blocajului de tensiune minimă se dovedeşte insuficientă, pentru cazulscurtcircuitelor pe bare sau pe liniile racordate la acestea, se instalează o a doua grupă de relee detensiune, alimentate şi de la transformatoarele de tensiune de pe barele secundare (figura 1.21);• dacă schema din figura 1.21 se aplică unui transformator cu trei înf ăşurări, plusul care seaduce de la grupurile de relee legate la înf ăşurările alimentate se trece printr-un bloc-contact normal

deschis al întreruptorului respectiv, pentru a nu se influenţa acţionarea protecţiei maximale, în cazulcând una dintre acele înf ăşurări este deconectată de la bare;

• legarea în stea sau în triunghi a releelor de tensiune se face în funcţie de conexiuniletransformatorului protejat şi de categoria de scurtcircuite din reţeaua alimentată pentru care blocajulde tensiune trebuie să aibă eficienţa maximă (de exemplu, la un transformator de 110/6 kV cu








Tensiunea de pornire a releului se stabileşte de obicei la valoarea de 15V, care s-a doveditcă desensibilizează protecţia faţă de tensiunile de dezechilibru care pot apare la bornele filtrului detensiune homopolară.

Timpii de acţionare ai protecţiilor homopolare se reglează la releul de timp 2, cu o treaptă peste timpul cel mai ridicat al protecţiilor homopolare ale liniilor de 110— 400 kV care pleacă de labarele transformatorului.

Sensibilitatea protecţiilor se verifică faţă de curentul sau tensiunea homopolară la bornelefiltrului respectiv, în cazul unui scurtcircuit monofazat în regim minim, la capătul liniei celei mailungi care pleacă de la barele transformatorului.

Folosirea protecţiilor homopolare ca rezervă contra scurtcircuitelor monofazate din reţelelecu curenţi mari de punere la pământ este justificată prin aceea că protecţia maximală de curent cu

blocaj de tensiune minimă se dovedeşte adesea insuficient de sensibilă faţă de scurtcircuitelemonofazate în reţeaua alimentată.La alegerea protecţiei de curent sau de tensiune homopolară, se ţine seama de următoarele

considerente:• protecţia de tensiune homopolară este preferabilă, deoarece după cum s-a vazut,acţionarea ei nu depinde de regimul momentan de exploatare al punctului neutru altransformatorului protejat;• la transformatoarele care funcţionează în bloc cu o linie, se foloseşte protecţia decurent homopolar, deoarece la asemenea blocuri nu este economică instalarea a treitransformatoare de tensiune de 110-400 kV, numai pentru protecţia de tensiune




• folosirea ambelor protecţii trebuie evitat, ca nefiind justificată.

1.6.4. Protecţia de distantă

La transformatoarele, dar mai ales la autotransformatoare prin care, se interconectează reţelede transport de tensiune diferite (110-400 kV) realizarea protecţiei de rezervă cu ajutorul uneiprotecţii maximale de curent temporizate prezintă dificultăţi deosebite din punct de vedere al

posibilităţilor de reglaj. După cum se ştie, aceasta nu poate fi reglată pentru a permite, cu acelaşicurent reglat, trecerea unei suprasarcini tolerabile şi asigurarea sensibilităţii necesare mai ales înregimuri minime reale, de funcţionarea retelei. Pe de altă parte, pentru a se evita funcţionărineselective ale protecţiei în anumite regimuri, temporizarea protecţiei maximale nu poate fi corelată cu treptele de timp ale elementelor vecine (din amonte şi din aval), f ără a se ajunge la ridicareagenerală a timpilor de eliminare a defectelor din sectorul de re ţea respectiv. Acest fapt ar avearepercusiuni grave asupra funcţionării stabile a reţelei şi nu poate fi admis. Corecţiile care pot fiobţinute, completând protecţia maximală cu blocaje de direcţie şi de tensiune minimă, suntinsuficiente pentru conditiile de funcţionare actuale ale unui sistem energetic. De aceea în astfel decazuri, şi în special pentru autotransformatoare (prin care se interconectează de obicei reţele detensiuni diferite) s-a extins folosirea protecţiei de distanţă.

Folosirea protecţiei de distanţă la autotransformatoare se poate face în mai multe moduri, înfuncţie de încadrarea şi rolul lor în reţeaua din care fac parte.• Autotransformatorul face legătura între o re ţ ea puternică de transport şi o retea de

transport sau de distribu ţ ie regională cu surse locale slabe.

• Autotransformatorul face legătura între două re ţ ele de transport comparabile ca putere şi

ca întindere. În acest caz, apare necesar să se prevadă relee pe distanţă pe ambele părţi aleautotransformatorului.

• O soluţie mai economică care poate fi folosită în ambele cazuri de mai sus, constă în folosirea unui releu de distan ţă cu caracteristică bidirec ţ ională , instalat pe partea sursei mai

puternice (de obicei pe partea tensiunii superioare, în locul releului ZI ). Alegerea releelor dedistanţă, realizarea schemei de conexiuni şi stabilirea reglajelor se fac pe baza aceloraşi metodefolosite la protecţia de distanţă a liniilor, cu următoarele particularităţi în ce priveşte calculul

reglajelor.

Treapta I de distanţă, în direcţia autotransformatorului se calculează cu impedanţa minimă aautotransformatorului folosind formula:

în care:• Usc.min este tensiunea de scurtcircuit minimă (considerând raportul de transformare

reglat la valoarea cea mai mică);• Un şi Sn sunt tensiunea şi puterea nominală a autotransformatorului.Treapta a II-a de distanţă (de asemenea în direcţia autotransformatorului) se reglează la o

valoare dată de relaţia:

în care:• Z'AT este valoarea impedanţei autotransformatorului corespunzătoare funcţionării

sale cu raportul de transformare, pentru care suma impedanţelor autotransformatorului şi a celei maiscurte linii din aval are valoarea minimă;

• ZL este impedanţa primei trepte a celei mai scurte linii din aval;• kram.min este coeficientul de ramificaţie minim, pe bara opusă instalării protecţiei.

Calculul impedanţei de pornire, cum şi a curenţilor de pornire pentru reglarea organelor de demaraj




a releului de distanţă se efectuează după aceleaşi reguli, ca şi în cazul liniilor electrice.Deşi ridică întrucâtva costul general al protecţiei, folosirea protecţiei de distanţă la

autotransformatoare prezintă mari avantaje datorită posibilităţii de corelare a parametrilor săi defuncţionare cu parametrii celorlalte protecţii de distanţă din reţea.

1.7. Protecţia contra suprasarcinilor

Cauzele suprasarcinilor care pot provoca în transformator curenţi superiori curentuluinominal au fost arătate în subcapitolul 1.1. Capacitatea de supraîncărcare a transformatoarelor cadurată şi mărime este precizată în normele interne sau în cataloagele de fabricaţie, fiind în funcţiede materialul din care sunt confecţionate înf ăşurările (cupru sau aluminiu), sistemul de răcire şisarcina anterioară.

La transformatoarele la care, datorită condiţiilor de exploatare, sunt posibile suprasarcini,pentru ca personalul de serviciu să fie prevenit asupra apariţiei acestora, pentru a lua măsurilenecesare, trebuie prevăzută o protecţie specială contra suprasarcinilor. Aceasta constă dintr-unsingur releu de curent, dat fiind că suprasarcinile pentru care se prevede protecţia sunt simetrice.Pentru ca protecţia să nu acţioneze în cazul scurtcircuitelor sau al şocurilor de curent, releul decurent comandă semnalizarea printr-un releu de timp a cărui înf ăşurare trebuie să fie stabilă din

punct de vedere termic.Releul se reglează la curentul

în care:• ksig = 1,05•krev = 0,85.Timpul de acţionare a protecţiei se reglează de obicei la 10 s. Schema protecţiei esteprezentată în figura 1.24. La transformatoarele din staţiile f ără personal permanent desupraveghere, la care sunt posibile suprasarcini care depăşesc limitele admise, protecţiacomandă deconectarea transformatorului.La transformatoarele cu trei înf ăşurări şi cu cel puţin două surse de alimentare, protecţia

împotriva suprasarcinilor trebuie prevăzută şi pe înf ăşurarea care se poate supraîncărca datorită trecerii prin ea a sumei curenţilor de pe celelalte două înf ăşurări.

1.8. Particularităţi ale protecţiei blocurilor linie-transformator

În ultimii ani, din diferite considerente tehnico-economice (lipsa de spaţiu pentru extindereaunor staţii existente, evitarea de zone poluate, reducerea costului staţiilor prin simplificareaschemelor de comutaţie primară etc.) s-a extins mult folosirea schemelor bloc, constituite din linie-transformator sau chiar din linie-transformator-generator.

Sistemul de protecţie a unui bloc linie-transformator (sau linieautotransformator) sestabileşte urmărind ca fiecare din elementele blocului să fie prevăzut cu o protecţie de bază proprie

împotriva defectelor interne pentru linii şi pentru transformatoare. Pentru a putea respecta această

regulă, este necesar ca transformatorul (dacă acesta, conform normelor trebuie prevăzut cu oprotecţie diferenţială) să fie echipat la toate tensiunile, cu transformatoare de curent.

În cazul în care, din diferite motive, nu pot fi instalate transformatoare de curent între linieşi transformator, se poate folosi şi o protecţie diferenţială comună, cu respectarea condiţiilor cerutede prezenţa transformatorului. În practică, în astfel de situaţii (puţin frecvente), dat fiind distanţamare dintre grupele transformatoarelor de curent instalate la capetele zonei protejate, se foloseşte oprotecţie comparativă longitudinală cu două sau trei conductoare de legătură, completată cu undispozitiv special care efectuează blocarea protecţiei la şocul curenţilor de magnetizare.

Alegerea protecţiilor de rezervă depinde în primul rând de regimul de funcţionare a blocului,




ca legătură de interconexiune sau ca element de distribuţie. Alţi factori care influenţează asupraalegerii protecţiilor sunt: schema de comutaţie primară a legăturii dintre linie şi transformator,lungimea liniei, tipul dispozitivului de reanclanşare necesar pe linie (trifazată sau monofazată),modul de tratare a neutrului transformatorului etc.

Schema bloc folosită mai des este aceea a unei linii alimentând în antenă un transformatorinstalat la consumator (transformator de racord adânc), cu o sursă slabă sau f ără nici o sursă pe

partea tensiunii inferioare de distribuţie. În astfel de cazuri protecţia de rezervă a liniei este folosită,cu acelaşi rol, şi pentru transformator, care rămâne astfel echipat numai cu protecţiile de gaze şidiferenţială şi eventual cu o protecţie de suprasarcină cu semnalizare. Linia se prevede, la capătuldin staţia principală, cu reanclanşare automată trifazată, care va trebui blocată în cazul defectelorinterne în transformator, sesizate de protecţia proprie a acestuia.

În cazul blocurilor linie-transformator, care servesc ca legătură de interconexiune în reţea,existenţa surselor pe ambele părţi (presupunând că transformatorul are două înfâşurări) impuneprevederea unor protecţii de rezervă complete la ambele capete ale liniei. Este de asemeneanecesară prevederea unei protecţii de rezervă şi pentru transformator, instalată pe legătura acestuiacu barele la care este racordat.

O altă particularitate a schemelor bloc, f ără întreruptor între linie şi transformator, o

constituie modul în care protecţia proprie a transformatoarelor acţionează, în caz de defect, asupradeclanşării întreruptorului instalat în capătul îndepărtat al liniei.O soluţie simplă şi economică, folosită în alte ţări, constă în montarea la bornele dinspre

linie a transformatorului, a unui separator de scurtcircuitare (între o fază şi pământ, într-o reţea cuneutrul legat direct la pământ şi între două faze, într-o reţea compensată sau cu neutrul izolat). Încazul unui defect intern în transformator, protecţia acestuia comandă închiderea în scurt circuit aseparatorului, creând astfel condiţii de funcţionare protecţiei liniei, instalată în staţia de alimentare.

O altă soluţie constă în transmiterea către întreruptorul îndepărtat a impulsului de declanşaredat de protecţia transformatorului, printr-un cablu auxiliar (cablu pilot), printr-un canal de înaltă frecvenţă realizat pe linia electrică sau printr-o legătură radio. Această soluţie este mai scumpă,realizarea ei este mai dificilă, dar oferă condiţii tehnice de exploatare mai bune.

1.9. Scheme complexe de protecţie ale transformatoarelorS-a arătat pentru fiecare protecţie domeniul ei de aplicare şi modul de realizare şi de reglare.

În cele ce urmează, se va prezenta un caz concret de realizare completă a protecţiei prin relee atransformatoarelor.




În figura 1.24 este reprezentată protecţia unui transformator coborâtor cu două înf ăşurări de110/6-20 kV, cu puterea de 10—80 MVA şi cu reglaj sub sarcină (cu comutator în cuvă separată),constând din:

• protecţie de gaze (releul 1 pentru cuva principală), de presiune (releul 2 pentru cuva

comutatorului de ploturi) şi diferenţială (transformatoarele de egalizare 3 şi releul 4,tip RDS-4), împotriva defectelor interne;• protecţia maximală temporizată cu blocaj de tensiune minimă pe partea de 6—20 kV

(releele 5, 6 şi 7), împotriva scurtcircuitelor externe şi în general ca protecţie derezervă;

• semnalizare preventivă de suprasarcină (releele 8 şi 9), de gaze şi de temperatură (releul 10).

Schema din figura 1.24, mai cuprinde şi circuite pentru comanda declanşării de rezervă a celorlalte întreruptoare conectate la bara de 110 kV, prin dispozitivul DRRI (dispozitiv de rezervă în caz derefuz al unui întreruptor) şi pentru comanda de către protecţie a pornirii osciloperturbografului.Fiecare protecţie este prevăzută cu semnalizarea acţionării, prin relee de semnalizare, cu blocuri de

încercare (în afara releelor montate pe transformator) şi cu dispozitive de deconectare.













BIBLIOGRAFIE

Prezentul material este preluat şi/sau prelucrat, pentru uzul studenţilor, din următoarelecărţi:

1. Asandei I., Protecţia şi automatizarea sistemelor energetice, Editura MATRIX, Bucureşti,

2002;2. Rusu A. C., Potecţii moderne din sistemul energetic, Editura Lucyd Serv Iaşi 20063. Ivaşcu C., E.: Automatizarea şi protecţia sistemelor energetice, Editura Orizonturi

Universitare, Timişoara, 1999;4. Călin S., Mihoc D., Popescu S., Protecţia prin relee şi automatizări în energetică, EDP

Bucureşti 19795. Badea I., Broşteanu Gh., Chenzbraun I., Columbeanu P: Protecţia prin relee şi automatizarea

sistemelor electrice, ET Bucureşti 1973;6. Penescu, C., Calin, S., Protecţia prin relee electronice a sistemelor electrice, Editura

Tehnica, Bucuresti, 1969. Suciu, Iacob. Echipamente electrice.I.P.Timisoara,1978.7. Gheorghiu,N. Aparate si reţele electrice.E.D.P.,Bucuresti,1971.8. Matlac, I. Aparate electrice, Elemente de comutaţie. Universitatea din Brasov,1971. 9. Cernat,M., Matlac,I. Aparate electrice. Universitatea din Braşov, 1981.10. Canescu,T.,s.a. Aparate electrice de joasa tensiune, Îndreptar, Editura Tehnica,

Bucuresti,1977.11. Herscovici,B.,s.a. Aparate electrice de înalta tensiune, Îndreptar, Editura Tehnica,

Bucuresti,1978.12. Hortopan Gh., Aparate Electrice, EDP, Bucureşti, 1967,1972,1980;13. Mira N., coordonator, Manualul de instalaţii, Instalaţii electrice şi de automatizare, Ed.

ARTECNO srl, Bucureşti 2002;14. Pop F., şi colectiv, Proiectarea instalaţiilor electrice de joasă tensiune, IP Cluj-Napoca,

1990;15. *** Schneider Electric, Manualul instalaţiilor electrice, agrementat MLPAT conform cu

CEI 364 şi I.7-98.16. Knies W., Schierac K. Electrische Anlagetechnik, Ed. Carl Hanser Verlag, Munich, Wien,

1991

Documents

Microsoft Word - 6PROTTRAFO