ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVA Kriteriji za djelovanje zaštite

1. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAKriteriji za djelovanje zaštite Predavanje 4. Kriteriji za djelovanje zaštite PREDAVAČ: Damir Karavidović, dipl.ing.

2. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVA Kriteriji za djelovanje zaštite 1. Podjela kriterija za djelovanje zaštite

3. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAKriteriji za djelovanje zaštite Kriterij smjera djelatne snage (P) • Kod svih kvarova koji se napajaju s dvije strane moći će se ostvariti zahtjev za selektivnim djelovanjem zaštite, ako zaštita može utvrditi u kojem području u odnosu na njeno mjesto ugradnje leži mjesto kvara. To je moguće ako zaštita utvrdi smjer djelatne snage i ako se jadan od smjerova proglasi referentnim za djelovanje, a drugi za blokiranje djelovanja zaštite.

4. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAKriteriji za djelovanje zaštite Kriterij smjera djelatne snage (P) • Razlučivanje smjera je utemeljeno je na predznaku djelatne snage, • Mjerni član mjeri fazni napon i struju, a predznak binarnog izlaznog signala kod uzbude zaštite jest sukladan predznaku djelatne snage, • Vektorski položaj struje u odnosu na napon će za pogonsko stanje i za stanje kvara biti u dvije polu ravnine čiji je razdjelni pravac okomit na napon, • U normalnom pogonu vektor struje leži u odnosu na napon u jednoj, a u slučaju kvara u drugoj poluravnini što je karakteristično za promjenu smjera snage (iz stanja predaje u stanje preuzimanja) • Kriterij ima ograničenu primjenu kada : • su vrijednosti mjerenih veličina U i I blizu vrijednosti nula ili • Kad je fazni pomak φ blizu 90°. Takvi, nepovoljni uvjeti za primjenu ovog kriterija nastaju kada generator prima radnu snagu i kod kratkog spoja (posebno kod trofaznog) u neposrednoj blizini ugradnje naponskih mjernih transformatora s kojih se napaja zaštita.

5. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAKriteriji za djelovanje zaštite Kriterij smjera djelatne snage (P) • Zaštita utemeljena na ovom kriteriju djelovanja koristi se kao osnovna zaštita određenih objekata štićenja i to: • Zaštita pogonskog stroja generatora (turbine) kada dođe do nestanka pogonske snage na lopaticama turbine (ispad kotla kod parne turbine, nestanak plina kod plinske turbine, …) i kada generator prelazi u motorni rad i uzima električnu snagu iz mreže. Time je ugrožen pogon turbine. U ovoj funkciji se zaštita naziva zaštita od povratne snage. • Žaštita dalekovoda od kratkog spoja kada se mjesto kvara napaja iz dva generatora ili kod paralelnih vodova, ili kao zaštita od zemljospoja u mrežama s neutralnom točkom uzemljenom preko djelatnog otpora odnosno izoliranoj NT • Zaštita transformatora kao rezervna zaštita transformatora od unutarnjih kvarova kada u niženaponskoj mreži postoje izvori. • Za odvajanje od mreže generatora malih elektrana kada rade u paralelnom pogonu

6. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAKriteriji za djelovanje zaštite Kriterij pada impedancije(< Z) (impedancijski kriterij) • Zbog razvoja mreža složenog oblika i zbog potreba što bržeg otklanjanja kvara iz mreže, na nedostatcima vremenskog stupnjevanja nadstrujne zaštite razvila se zaštita koja djeluje to brže što je kvar bliže mjestu ugradnje zaštite, • Kao kriterij za djelovanje ove zaštite uzima se vrijednost napona i struje. Zaštita mora djelovati brže što je struja kvara veća, a napon na mjestu ugradnje niži. Vrijeme djelovanja se može izraziti kao: t dj = k * U / I • Budući da U/I predstavlja otpor ili impedanciju, ovaj kriterij djelovanja se naziva kriterij pada impedancije ili impedancijski kriterij. • Napon na mjestu ugradnje uređaja zaštite jednak je padu napona na impedanciji voda, a ona je proporcionalna osobinama voda i udaljenosti do mjesta kvara (L): U = I * Z * L ili t dj = k1 * L1 • Vrijeme djelovanja zaštite je proporcionalno udaljenosti ili distanci od mjesta ugradnje zaštite do mjesta kvara i zato se često uređaji zaštite koji rade na ovome načelu nazivaju – distantna zaštita.

7. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAKriteriji za djelovanje zaštite Kriterij pada impedancije(< Z) • S gledišta mjerenja, ovaj kriterij počiva na mjerenju dvije električne veličine, struji i naponu, a odziv zaštite je na njihov količnik ili impedanciju: Z = U / I

8. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAKriteriji za djelovanje zaštite IMPEDANTNI KRITERIJ (< Z) • Primjena zaštita koje zahtjev za selektivnim i brzim djelovanjem isključivo ostvaruju koristeći vremensko zatezanje djelovanja jest u složenim mrežama ograničena. Tome pak dobro odgovara zaštita koja djeluje na kriteriju pada vrijednosti mjerene impedancije

9. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAKriteriji za djelovanje zaštite IMPEDANTNI KRITERIJ (< Z) Tok struja prema mjestu kvara – jedan generator Mjesto kvara A B K C ZA - B ZB-C • ZA – B >ZB-C • Postoje uvjeti za selektivno djelovanje kroz vrijednost impedancije i vremensko stupnjevanje djelovanja G1 Potrošnja <Z <Z <Z

10. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAKriteriji za djelovanje zaštite IMPEDANTNI KRITERIJ (< Z) Tok struja prema mjestu kvara – dva generatora • Mjestu kvara pritječu struje s obje strane • Vod u kvaru se mora isključiti s obje strane i to tako da bude selektivno Mjesto kvara A B K C ZA - B ZB-C ZC-B G1 G1 <Z <Z <Z <Z Potrošnja Potrošnja

11. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAKriteriji za djelovanje zaštite < Z • Idealna proradna karakteristika zaštite u R – X dijagramu. • Zpog– impedancija u normalnom pogonu (pogonska) ili impedancija kod preopterećenja s kutom φ karakterističnim za navedena stanja pogona • Zk – impedancija koju mjeri zaštita u slučaju kvara (φk>φ ), • Kod KS mjerni član zaštite mjeri uz otpor voda do mjesta kvara i prijelazni otpor na mjestu kvara Rk • A-B otpor dalekovoda između dva postrojenja

12. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAKriteriji za djelovanje zaštite < Z • Proradna MHO karakteristika • Oblik – kružnica, • Problem – otpor na mjestu kvara Rk, • Zaštita s ovakvom karakteristikom je usmjerena - kružnica prolazi središtem,

13. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAKriteriji za djelovanje zaštite < Z • Poligonalna karakteristika • Karakteristika koja objedinjuje sve zahtjeve postavljene pred nju – mogućnosti prilagodbe uvjetima kvara (matematičko oblikovanje položajem 4 pravca).

14. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAKriteriji za djelovanje zaštite Utjecaji na točno mjerenje primjenom kriterija < Z • Izravni, metalni, kratki spoj na dalekovodu kao objektu gdje se najčešće koristi impedancijski kriterij djelovanja zaštite, nije redovita pojava. Prirodna popratna pojava na mjestu kvara je električni luk. • Električni luk na mjestu kvara ima određeni otpor djelatne prirode (RL) koji se pribraja otporu dalekovoda i tako utječe u ovisnosti od svoje vrijednosti i odnosa prema otporu dalekovoda na točnost utvrđivanja impedancije kvara, odnosno udaljenosti kvara. • Istraživanja otpora električnog luka pokazala su proporcionalan pad napona po jedinici dužine luka, a uzima se oko 2,5 kV/m što prema njemačkoj praksi daje izraz za otpor luka: RL = 2500 / L Ω/m • Angloamerička praksa uzima u izraz iznos struje kvara s kojim se smanjuje otpor luka zbog pojačane ionizacije i metalnih para. Empirijski izraz prema Warringtonu sveden na metar glasi: RL = 28700 / I1,4Ω/m

15. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAKriteriji za djelovanje zaštite Utjecaji na točno mjerenje primjenom kriterija < Z • Uzimajući u obzir razmake između za razne naponske razine i struje kratkih spojeva, otpor električnog luka kreće se u granicama RL=0,5 do 5 Ω • Pored otpora električnog luka, kod kvarova kod kojih dođe do pada vodiča dalekovoda na konzolu stupa ili na tlo postoji i prijelazni otpor na mjestu kvara (RprK). Kad stup dalekovoda ima veliki otpor uzemljenja ili je tlo s velikim specifičnim otporom (kraški teren, suha zemlja, suho drvo, ….) i otpor na mjestu kvara je velik i utjecajan na djelovanje zaštite s impedancijskim kriterijem. • Prijelazni otpori na mjestu kvara mogu kod nepovoljnih uvjeta poprimiti vrijednosti i RprK= 50 do 100 Ω. • Utjecaj otpora luka i prijelaznog otpora na mjestu kvara različit je u ovisnosti o proradnoj karakteristici zaštite. • Kada se mjeri impedancija s MHO karakteristikom utjecaj umjerenih vrijednosti otpora RL i RprK se izbjegava položajem kružnice prema R osi (slika) pa • Kod pravocrtnih karakteristika utjecaj dodatnog otpora je to manji što je unutrašnji kut releja bliži 90º (slika).

16. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAKriteriji za djelovanje zaštite Otpor električnog luka i prijelazni otpor na mjestu kvara imaju utjecaj na točno mjerenje podimpedantne zaštite (< Z ) Zaključno o izboru karakteristike uređaja zaštite: • Otpor luka i prijelazni otpor na mjestu kvara mogu ovisno o vrijednosti i karakteristici djelovanja uređaja imati različiti utjecaj na točnost djelovanja zaštite, • Izborom karakteristike djelovanja i podešenjem zaštite taj se utjecaj može izbjeći • U područjima gdje se mogu očekivati visoki prijelazni otpori treba izabrati reaktantnu karakteristiku mjernog člana ili karakteristiku nagnutu prema R osi.

17. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAKriteriji za djelovanje zaštite Utjecaj preopterećenja i njihanja sustava na točno mjerenje zaštite s primjenom kriterija < Z • Zaštita utemeljena na impedancijskom kriteriju zapravo preko stalnog mjerenja otpora štićenog voda stalno mjeri promjene struje i napona. • Povećanje radnog opterećenja voda ima za posljedicu smanjenje mjerenog R, a povećanje mjerenog X (povećanje jalovog opterećenja), • Kod naročito dugih i jako opterećenih vodova može se dogoditi da vektor mjerene impedancije dođe u proradno područje zaštite i ako ne postoji kvar na vodu i dolazi do nepotrebnog djelovanja zaštite. • Rješenje za ovaj problem je u da proradni otpor zaštite bude što je moguće manji (mali kut φ) tako da vektor pogonske impedancije ne zalazi u proradno područje zaštite niti kod najvećih opterećenja. • Prilikom njihanja EES ili gubitka sinkronizma između dijelova EES, može se pojaviti struja koja se mijenja od nule do vrijednosti koja odgovara struji kratkog spoja (vektori napona u opoziciji). Tako će se mijenjati i impedancija sustava padajući i do sasvim niskih vrijednosti ali brzinom koja je manja nego li kod kvara. Upravo se ova činjenica koristi za rad uređaja unutar zaštite koji stvara protunjihajni zapor djelovanja zaštite.

18. ZAŠTITA ELEKTROENERGETSKOG SUSTAVAKriteriji za djelovanje zaštite Predavanje 4 Hvala na Vašoj pozornosti i strpljivosti !