Sklopni i zaštitni uređaji
Relejna zaštita postrojenja Prof. dr. sc. Ante Marušić
Doc. dr.sc. dr .sc. Stj Stjepan epan Štefan Štefan Fakultet elektrotehnike elektrotehnike i računarstva Zagreb
Zavod za visoki napon i energetiku
[email protected] 2012/2013
Sekundarni sustav u elektroenergetskom elektroenergetskom postrojenju (svjetlosna, zvučna, ekranska; • Signalizacija (svjetlosna, lokalna/daljinska) • Mjerenje (pogonsko, obračunsko) • Upravljanje (upravljanje aparatima, blokade) • Regulacij gu lacija a i lok l oka alna ln a autom ut oma atika ti ka (transformatora) • Zaštita (transformatora, vodova, motora, ...) • Nadzor (transformatora, prekidača, ees -a)2
Sekundarni sustav u elektroenergetskom elektroenergetskom postrojenju (svjetlosna, zvučna, ekranska; • Signalizacija (svjetlosna, lokalna/daljinska) • Mjerenje (pogonsko, obračunsko) • Upravljanje (upravljanje aparatima, blokade) • Regulacij gu lacija a i lok l oka alna ln a autom ut oma atika ti ka (transformatora) • Zaštita (transformatora, vodova, motora, ...) • Nadzor (transformatora, prekidača, ees -a)2
DV POLJE
-Q1 Nadzor
-Q0
Upravljanje Isključenje
-T1 VOÐENJE
-T5 110/ 3 / 0,1/ 3 / 0,1/3
-Q9
-Q8
Principna shema sustava zaštite i vođenja dalekovodnog polja 3
Legenda
S
VN sabirnice
Zaštita
S1
sabirnički sustav 1
P
prekidač
R
rastavljač
• Dista Distant ntna na (Z<), (Z<), difere diferenc ncija ijaln lnaa (I (Id), d), nadstrujna (I>, I>>), termička (θ), zemljospojna (Io>, Uo>), naponska (U<, U>), podfrekvencijska (f<), provjera sinkronizma (Sy), automatsko ponovno uključenje voda (APU)
R11 sabirnički rastavljač (kao i R12) R2
linijski rastavljač (rastavljač vodnog polja)
R3
zemljospojnik
OP
odvodnik prenapona
ST
strujni transformator
NT
naponski transformator
Mjerenje • U, I, f, P, Q, S Vođenje
• Nadzor (signala stanja aparata i mjerenja), blokade (rastavljača) i upravljanje s aparatima u polju. 4
• Osnovni zadatak zaštite je otkrivanje i odstranjivanje poremećaja u pogonu EES.
• Poremećaj
kvar smetnja
• Kvar = značajnija odstupanja od normalnih pogonskih prilika (izazivaju oštećenja)
• (npr. kratki spojevi) • Smetnja = odstupanja od normalnih pogonskih prilika (kratkotrajno ne izazivaju oštećenja, ali dugotrajne smetnje mogu izazvati oštećenje) • (npr. preopterećenja, nesimetrično opterećenje, ... ) 5
Raspadi EES-a – ubrzavaju razvoj sustava za vođenje i zaštitu
EUROPE November 4, 2006
Primjer raspada EES u SAD 14.08.2003.
August 15, 14, 2003, 720hours hoursafter before blackout blackout
Source: NASA
• Osnovni element zaštitnog sustava je RELEJ. • RELEJ = zaštitni uređaj koji trajno nadzire (mjeri) određenu električnu ili neelektričnu veličinu, te pri unaprijed određenoj vrijednosti
izaziva naglu promjenu u jednom ili više komandnih ili signalnih strujnih krugova
(isključuje prekidač, isključuje uzbudu generatora, zatvara brzozatvarajući ventil, uključuje svjetlosnu i zvučnu signalizaciju,
šalje signal prorade u sustav daljinskog vođenja postrojenja, ...)
8
• Nadzirane električne veličine: • Osnovne veličine: – struja, napon, • Izvedene veličine: – snaga, impedancija, frekvencija, smjer struje.
• Nadzirane neelektrične veličine: • temperatura, tlak, brzina strujanja, brzina vrtnje, količina vode, količina otopljenih
plinova u ulju, ... 9
Relej (zaštitni relej) je uređaj čiji je zadatak da isključi dio elektroenergetskog sustava ili da generira signal opasnosti u slučaju pojave kvara (npr. kratkog spoja) ili smetnje u pogonu
elektroenergetskog sustava. Zaštitna oprema su sklopni aparati, zaštitni releji, mjerni transformatori i ostala pomoćna oprema koja se koristi u
sklopu zaštitnog sustava. Zaštitni sustav je skup zaštitne opreme koji je projektiran tako da na siguran način brzo i selektivno isključi i/ili
signalizira kvar ili smetnju na elementu elektroenergetskog sustava na kojem se dogodio poremećaj.
Zaštitna shema je koordinirani skup zaštitnih uređaja jednog ili više elemenata elektroenergetskog sustava. Zaštitna shema može obuhvaćati više zaštitnih sustava.
Zaštitni sustav može biti skup: elektičnih zaštita u postrojenju (releji djeluju na promjenu neke električne veličine kao što je npr. struja, napon, snaga,
impedancija, frekvencija), tehnoloških zaštita u postrojenju (zaštitni uređaji djeluju na promjenu neke neelektrične veličine kao što je npr. tlak,
temperatura, brzina vrtnje). U velikim elektroenergetskim postrojenjima u pravilu se koristi zaštitna shema s koordiniranim funkcijama električnih i
tehnoloških zaštita.
DEFINICIJE POJEDINIH ZAŠTITA (1) • Nadstrujna zaštita - Strujna zaštita koja djeluje kada struja, na mjestu ugradnje releja, dosegne određenu podešenu
vrijednost (Ip>In; npr. Ip=1,2-20 In). • Podstrujna zaštita - Strujna zaštita koja djeluje kada struja padne ispod određene podešene vrijednosti. ( Ip
releja i mjesta kvara (Z < Z pog min). • Usporedbena (diferencij alna) zaštita - Zaštita koja
uspoređuje iste električne mjerne veličine po iznosu, smjeru i fazi na oba kraja štićenog objekta. Uspoređivanje se izvodi s pomoćnim vodom, komunikacijskim kabelom ili
telekomunikacijskim kanalom (Id = I1 – I2). • Usmjerena (učinska) zaštita - Zaštita koja djeluje kada se smjer struje (energije) kvara podudara s usmjerenjem releja, nezavisno ili zavisno u njenom iznosu.
DEFINICIJE POJEDINIH ZAŠTITA (2) • Podnaponska zaštita - Naponska zaštita koja djeluje kada napon, na mjestu ugradnje releja, padne ispod određene
podešene vrijednosti (Up
podešenu vrijednost (Up>Un; npr. Up=1,2-1,4 Un). • Podfrekvencijska zaštita - Frekvencijska zaštita koja djeluje kada frekvencija, na mjestu ugradnje releja, padne
ispod određene podešene vrijednosti. U novijim izvedbama
zaštita prati se i brzina promjene frekvencije (f p
f n). U novijim izvedbama zaštita prati se i brzina promjene frekvencije (df /dt). • Termička zaštita - Zaštita koja djeluje kada temperatura štićenog objekta poraste iznad podešene vrijednosti.
PODJELA RELEJNE ZAŠTITE (1) • Prema priključku releja (mjernog podsustava): primarni zaštitni uređaj,
sekundarni zaštitni uređaj.
PODJELA RELEJNE ZAŠTITE (2) • Prema izvedbi: – elektromehanička izvedba, – statička izvedba - elektronička izvedba releja s analognom obradom informacija, – digitalna (numerička) izvedba - elektronička izvedba releja s digitalnom obradom informacija.
PODJELA RELEJNE ZAŠTITE (3) • Prema vrsti poremećaja: – zaštita pri pojavi kvara, – zaštita pri pojavi smetnje.
Podjela zaštite prema vrsti poremećaja
Podjela zaštite pri kratkom spoju
Podjela zaštite pri zemljospoju
PODJELA RELEJNE ZAŠTITE (4) • Prema načinu djelovanja: – osnovna zaštita – primarna ili temeljnja zaštita objekta, – rezervna zaštita – djeluje ukoliko zakaže osnovna zaštita, odnosno prekidač na koji ta zaštita djeluje .
• Prema elementima elektroenergetskog sustava (štićenim objektima): – zaštita (sinkronih) generatora, – zaštita transformatora, – zaštita sabirnica, – zaštita vodova (mreža), – Zaštita motora, – zaštita kondenzatorskih baterija,
Zaštita uređaja za mrežno tonfrekventno upravljanje.
PODJELA RELEJNE ZAŠTITE (5)
ZAŠTITA GENERATORA • Zaštita hidro generatora • Zaštita turbo generatora • Zaštita diesel generatora
TE Sisak
22
PODJELA RELEJNE ZAŠTITE (6)
ZAŠTITA DISTRIBUCIJSKOG SUSTAVA • • • • • • • • • •
Zračni vod Kabelski vod (podzemni, podmorski, SKS) Transformator Uređaj za uzemljenje nul to čke (maloomski otpornik, kompenzacijska prigušnica) Sabirnice u postrojenju srednjeg napona Spojno polje Kondenzatorska baterija Polje MTU (MTK) Mjerno polje SN motor 24
Područja djelovanja zaštita elektroenergetskog sustava
Područja djelovanja zaštita elektroenergetskog sustava
Područja djelovanja zaštita elektroenergetskog sustava Proizvodnja EE
Prijenos EE 4
3 1
4
VN
2
VN
5
6
7
9 2
SN
8
∼
7
8
8
Distribucija EE SN
8 11 NN
M
10
SN
9
SVOJSTVA RELEJNE ZAŠTITE Svojstva zaštite slijede iz četiri temeljne činjenice: • • • •
zaštita mora otkriti poremećaj, poremećaj se prostorno ograničava jer treba isključiti samo pogođeni element sustava, p oremećaj se vremenski ograničava jer je šteta koja nastaje na pogođenom elementu sustava veća, što kvar dulje traje, zaštitni uređaji djeluju neispravno zbog
kvarova u njima samima.
SVOJSTVA RELEJNE ZAŠTITE Prema tome svojstva zaštite su: • • • • • • •
osjetljivost, selektivnost, brzina djelovanja, pouzdanost, rezerva, prilagodljivost primjene, ekonomičnost.
Osjetljivost Relej je osjetljiv kada još sigurno djeluje pri očekivanoj najmanjoj vrijednosti mjerne veličine. Najmanje vrijednosti mjerne veličine mogu se
pojaviti naprimjer pri malom uvrštenju generatora, smanjenom broju uzemljenih točaka, u paralelnom
pogonu vodova, usljed znatne promjene konfiguracije mreže, usljed otpora na mjestu kvara (otpora luka i prijelaznog otpora).
Selektivnost Relej selektivno djeluje ukoliko isključi kvar samo na upravo pogođenom elementu mreže. To znači da relej ne smije isključiti kvar na susjednim
elementima elektroenergetskog sustava. Selektivnost zaštite osigurava se izvedbom (npr. diferencijalnim relejem, slika 1) ili vremenskim stupnjevanjem (npr. nadstrujnim relejem, slika 2 i distantnim relejem, slika 3).
Selektivnost A
B
S1
C
S2 Id
Slika 1 Područje djelovanja diferencijalne zaštite transformatora
Selektivnost t l ∆ t
t2
t1 t0
R1 S1
R2 S2
R3 S3
Slika 2 Vremensko stupnjevanje nadstrujnih zašita
Selektivnost tIII t Z
∆ t
t II
tI
tI
R1 S1
t II
tI
R2 S2
R3 S3
Slika 3 Vremensko stupnjevanje distantnih zaštita
Brzina djelovanja • Relej je brz ako mu je vrijeme djelovanja kraće od 50 ms. Najkraće vrijeme djelovanja releja koji su
danas u pogonu je 15-30 ms. Vrijeme djelovanje
releja je vrijeme koje proteče od trenutka nastanka
kvara do trenutka kada se na izlaznim kontaktima releja pojavi signal za isključenje prekidača.
Vlastito vrijeme releja je vrijeme djelovanja releja, uz pretpostavku da je vremenska odgoda (vremensko zatezanje) signala postavljena na ništicu. • Vrijeme trajanja kvara se određuje tako da se vremenu djelovanja releja pribroji vrijeme djelovanja prekidača, koje iznosi 50 - 100 ms.
Brzina djelovanja • Brzi releju su: diferencijalni, distantni releji (u prvom stupnju djelovanja) i nadstrujni releji s trenutnim isključenjem. Ovi releji nemaju svojstvo
rezerve, tj. djeluju samo pri kvarovima u osnovnom štićenom području.
• Spori releji su nadstrujni releji, distantni releji (u višim stupnjevima djelovanja) i svi ostali releji kombinirani s vremenskim relejem. Spori releji imaju svojstvo rezerve, tj. djelovanja pri kvarovima i zatajenju osnovne zaštite na susjednim elementima sustava.
Pouzdanost Relej je pouzdan ako mu je pouzdanost veća od pouzdanosti bilo kojeg uređaja ili dijela postrojenja u štićenom području. Pouzdanost releja slijedi iz dvije zadaće:
• •
relej mora djelovati pri kvaru (ne smije zakazati), relej ne smije neželjeno djelovati (neselektivno djelovati, djelovati ako nema kvara, nepotrebno djelovati).
Pouzdanost Matematička definicija pouzdanosti je vjerojatnost
• •
uspješnih djelovanja releja. Uspješno djelovanje releja ima dvije komponente: osjetljivost otkrivanja kvarova, uz najnepovoljnije uvjete djelovanja, sigurnost djelovanja, koja je ovisi o stupnji zamršenosti izvedbe zaštite, a time uz manje ili više uspješno održavanje. Pokazatelji pouzdanosti su:
• •
učestalost zakazivanja releja, srednje vrijeme između dva uzastopna zakazivanja
releja, srednje vrijeme trajanja popravka kvara na releju.
Rezerva • Relej djeluje rezervno kada isključi kvar na susjednom elementu elektroenergetskog sustava čija zaštita nije djelovala iz bilo kojeg razloga (naprimjer: zatajenje releja, zatajenje prekidača, nestanak pomoćnog napona, neosjetljivost zaštite) .
• Rezervno djelovanje može se osigurati u istom postrojenju ili susjednom postrojenju.
Prilagodljivost primjene • Prilagodljivost primjene je mogućnost ugradnje releja na bilo koje mjesto, za zaštitu istovrsnog uređaja, u elektroenergetskom sustavu.
