ELEKTROTEHNIČKI FAKULTET OSIJEKZAVOD ZA ELEKTROENERGETIKU I ELEKTRIČNE STROJEVE

LABORATORIJSKE VJEŽBE IZ ZAŠTITE UELEKTROENERGETSKOM SUSTAVU

Osijek, 2004.

Vježba br. 1: Nadstrujna zaštita električnih mreža

Cilj vježbe: Upoznavanje s praktičnom izvedbom modernih uređaja nadstrujne zaštite, spostupcima parametriranja i sekundarnog ispitivanja releja. Upotreba simulatora primarne mreže.

Teorijska podloga:Nadstrujna zaštita je zbog svoje jednostavnosti najraširenija vrsta zaštite električnih mreža i

strojeva. Ona je osnovna zaštita od preopterećenja, kratkih spojeva i zemljospojeva srednjenaponskihmreža (6, 10, 20, 35 kV), a koristi se kao dodatna zaštita osnovnim zaštitama električnih strojeva(transformatora, motora i generatora) i distantnim zaštitama vodova visokog napona (110, 220, 400kV)

Prema tipu; releji nadstrujne zaštite mogu se podijeliti na releje s vremenski ovisnom(inverznom) karakteristikom, te na releje s vremenski neovisnom karakteristikom isključenja (definitetime karakteristika). Kod releja s vremenski ovisnom karakteristikom vrijeme od pobude doisključenja ovisi obrnuto o veličini struje. Tipovi ovih karakteristika definirani su standardima IEC-a iANSI-a. Kod releja s vremenski neovisnom karakteristikom vrijeme od pobude do isključenja ovisiisključivo o podešenju vremenskog zatezanja releja.

Uobičajeno se u mreži koriste nadstrujni releji s vremenski neovisnom karakteristikom jer sepostiže sigurna selektivnost koja je neovisna o uklopnim stanjima mreže. Upotreba inverznekarakteristike karakteristična je za radijalne vodove kod kojih nema problema s neselektivnimisključenjem, gdje pokazuje veliku prednost omogućujući uključenje vodova s velikom početnomstrujom uključenja.

Kada je osnovna uloga releja štitćenje voda od preopterećenja, prednost treba dati relejima sinverznom karakteristikom koji imaju zadaću da zaštite voda od pregrijavanja.

Podešenje releja kojima je osnovna zadaća štićenje od kratkog spoja treba odabrati tako da serelej sigurno pobudi kod pojave dvopolnog kratkog spoja na kraju voda, u slučaju da uklopno stanjeosigurava tek minimalnu snagu tropolnog kratkog spoja. Zbog sigurnosti da će relej proraditi strujapodešenja spušta se i niže tako da relej vidi eventualne kvarove i preko kraja voda (npr. transformatorna kraju voda). Selektivnost kod isključenja osigurava se različitim vremenskim podešenjima releja.Uobičajeni interval vremenske selektivnosti u SN mreži kreće se od 0.3 s do 0.5 s što omogućavamaksimalno trajanje kvara od oko 2 s., u tipičnoj konfiguraciji SN mreže. Kod kvarova koji su bližipočetku voda, tj. strani voda gdje se nalazi izvor, nema problema sa strujnom selektivnošću te se takvikvarovi mogu isključivati trenutno. Pa ipak, trenutno isključenje koristi se rijetko jer ne toleriraprolazne kvarove u mreži, stoga se i releji kratkospojne zaštite najčešće zatežu s nekim minimalnimvremenom od 0,05 do 0.3 s.

Zadaća vježbe:Na simulatoru primarne mreže modelirati 110 kV zračni vod dužine 93 km, presjeka 200 mm2.

Iskoristiti podatak da impedancija voda iznosi 0.136 + j 0.393 Ω/km. Odaberite kombinaciju radnogotpora i induktiviteta koja najbliže opisuje zadani vod.

R (Ω) L (mH)5 1168 17413 290

Odabranu kombinaciju modelirajte na panelu. Vod se napaja s 110 kV sabirnica. Modelirati dvopolnikratki spoj na kraju voda te predpostaviti da nije došlo do značajnijeg pada napona mreže ( kruta 110kV mreža). Identičan postupak ponoviti uz pretpostavku da je prilikom kvara na kraju voda došlo do10 %-tnog pada napona mreže (realna mreža). Zanemariti činjenicu da se u realnoj mreži napon koddvopolnog kratkog spoja “ruši” nesimetrično. Usporediti struje dvopolnog kvara na kraju voda u obaslučaja. Najmanju izmjerenu struju smanjiti za faktor 1.5 te ju koristiti za podešenje proradnevrijednosti nadstrujnog releja. Za štićenje voda koristiti digitalni relej tipa Siemens 7SJ602. Relejpriključiti preko strujnih mjernih transformatora prijenosnog odnosa 1250/5 A.

Napomena: U praksi se nadstrujne zaštite ne koriste za štićenje 110 kV vodova, nego isključivo kaorezervne zaštite ili poticajni članovi distantnih releja, no u vježbi je iskorištena i ova pomalo nerealnamogućnost zbog ograničenja u opsegu modeliranja vodova na simulatoru primarne mreže.

Nakon definiranja pobudne struje obaviti parametriranje releja i izvršiti sekundarno ispitivanje u svetri faze. Sekundarno ispitivanje treba obuhvatiti mjerenje struje prorade i otpusta te mjerenje vremenazatezanja isklopa. Za ispitivanje koristiti uređaj Programma Sverker 760. Nakon sekundanogispitivanja povezati djelovanje releja na prekidač te analizirati datoteku zapisa poremećaja prilikomkvara.

Tablica 1. Struje kvara dvopolnog i tropolnog kratkog spoja na kraju voda

Umreže(kV)

Usimulatora(V)

I2KS(A)prim I2KS(A)sek I3KS(A)prim I3KS(A)sek

1. kruta mreža2. realna mreža

I2KS(A)prim , I3KS(A)prim - primarna struja dvopolnog i tropolnog kratkog spoja na kraju vodaI2KS(A)sek , I3KS(A)sek - sekundarna struja mjerena preko strujnih mjernih transformatora

Slika 1. Priključak releja na simulator primarne mreže

Slika2. Priključak releja na uređaj sa sekundarno ispitivanje

1.200 s 0.00°6.00 A 0.00 V

START STOP

0 – 10 A

7SJ602

INT

ON+TIMEOFFONOFF+TIME

5A ulaz

SMTG

7SJ600

I>I>>

t=f(I)

A

Tablica 2. Parametri podešenja nadstrujne zaštite.REGISTAR FUNKCIJA REGISTRA PARAMETAR

7801 karakteristika nadstrujne zaštite definite time1301 UKLJ/ISKLJ on1303 I>>> +*1305 I>> +*1307 t (I>>) 01308 I>1310 t (I>)

Neosjenčane parametre potrebno je podesiti u skladu s rezultatima dobivenima mjerenjem nasimulatoru primarne mreže.Tablica 2. Rezultati sekundarnog ispitivanja

I podešeno (A)faza L1 L2 L3

I prorade (A)I otpusta (A)

fot podešeno (s)

tisklj (s)fo (faktor otpusta)fo = I otpusta / I prorade

Pitanja uz vježbu:

1. Koja je razlika između strujno ovisnih i neovisnih karakteristika nadstrujnih releja ?2. Što se podrazumjeva pod postupkom parametriranja releja ?3. Zašto faktor otpusta nikada ne smije biti jednak jedinici ?4. Kako se u el. mreži štićenoj nadstrujnim zaštitama postiže selektivnost kod međufaznih

kvarova ?5. Nabrojite faktore koji utječu na veličinu struje na mjestu kvara ?6. Kakve osobine mora imati strujni mjerni transformator preko kojeg se priključuje zaštitni

relej ?

Vježba br. 2. Zemljospojna zaštita električnih mreža

Cilj vježbe:Upoznavanje prilika koje vladaju u mreži tijekom zemljospoja ovisno o tretmanu uzemljenja

zvjezdišta. Definiranje uvijeta potrebnih za selektivni isklop kvarnog dijela mreže. Definiranjeparametara digitalnog releja potrebnih za rad usmjerene zemljospojne zaštite. Način priključenja relejau postrojenju. Ispitivanje i analiza rada zaštite.

Teorijska podloga:Spoj faznog vodiča sa zemljom odnosno uzemljenim dijelovima postrojenja najčešći je kvar

koji se pojavljuje u električnim mrežama, bilo da se radi o padu vodiča zračnog dalekovoda nakonzolu ili na zemlju, ili o proboju izolacije kabela prema uzemljenom plaštu. Prilikom svakogzemljospoja u mreži čije je zvjezdište izolirano, kroz mjesto kvara poteći će ukupna kapacitivna strujacijele galvanski povezane mreže. Ova struja umanjena za doprinos dozemne struje voda koji je sam ukvaru čini ujedno i nultu struju kvarnog voda. Kod mreža koje su pretežno zračnog karaktera dozemnikapaciteti su vrlo mali pa su i struje na mjestu kvara vrlo male (za zračni vod može se računati s oko0.2 A/km dok se za kabel može računati s 2 A/km 10 kV voda). Budući da su struje kvara vrlo male,detektiranje zemljospoja na temelju struje može biti otežano, pogotovo ako se na mjestu kvarapojavljuju i dodatni prijelazni otpori. Stoga se u načelu izbjegavaju čiste zračne mreže s neuzemljenimzvijezdištem, a ako je to nemoguće potrebno je imati vrlo osjetljive uređaje za detekciju zemljospoja.Kod mreža čije je zvjezdište uzemljeno (uobičajeno preko otpornika u SN mrežama odnosno direktnou VN mrežama) struju kvara osim spomenute struje dozemnih kapaciteta čini i struja(radnog/induktivnog karaktera) koja se zatvara petljom; sekundar transformatora, vod, mjesto kvara,zemlja, uzemljivač, otpornik, transformator. U ovom slučaju, zbog velike struje koja je praktičnoodređena samo vrijednošću otpornika (u SN mrežama) nije potrebno imati tako osjetljive uređaje zadetekciju. U oba slučaja, bilo da je karakter struje kapacitivni (izolirana mreža) ili radni (prekootpornika uzemljena mreža), prilikom zemljospoja dolazi do pada napona kvarne faze prema zemlji tedo porasta napona zdravih faza prema zemlji za faktor ≤1.732. Pri tome se pojavljuje nulti naponmreže čija je veličina obrnuto proporcionalna vrijednosti prijelaznog otpora na mjestu kvara. U slučajuda je prijelazni otpor jednak nuli (tzv. čisti zemljospoj), nulti napon je maksimalan. Nulti napon mjerise u mjernom polju postrojenja, a standardom je utvrđeno da napon čistog zemljospoja iznosi 100 Vsekundarno (100%). Releji za zemljospojnu zaštitu trebaju biti konstruirani za što veću strujnu inaponsku osjetljivost, ali se najčešće zbog razloga mogućih mjernih pogrešaka ne postavljaju nanaponsku mjernu osjetljivost manju od 2 %. Nulta komponenta struje mjeri se obuhvatnim mjernimtransformatorom ili u krugu zvjezdišta tri paralelno spojena strujna transformatora. Pošto u trenutkuzemljospoja u galvanski povezanoj mreži kroz sve vodove teče nulta komponenta struje (kroz svezdrave vodove u jednom smjeru, a kroz kvarni vod u suprotnom) potrebno je da relej koji štiti vod odzemljospoja ima sposobnost mjerenja smjera nulte struje, kako ne bi bezrazložno isključio vod kojinije u kvaru, a koji sa svojom kapacitivnom strujom sudjeluje u struji kvara. Releji se najčešćeizrađuju tako da im je područje djelovanja uže od 180° a područje nedjelovanja šire od 180°. Područjedjelovanja releja može biti fiksno te je tada vrijednost proradne struje neovisna o kutu između Uo i Io.Relej može mjeriti i aktivnu odnosnu reaktivnu komponentu struje u odnosu na Uo. Tada je proradnavrijednost ovisna o kutu između Uo i Io.

Zadaća vježbe:U galvanski povezanoj 10kV mreži od zemljospoja je potrebno zaštititi kabelski dalekovod

dužine 3 km. Galvanski povezana mreža ima ukupnu kapacitivnu struju dozemnih kapaciteta 40 A.Mreža je izolirana. Nulta struja kroz štićeni kabel mjeri se obuhvatnim transformatorom 200/5 A.Uporabiti terminal ABB REF54x za funkciju usmjerene zemljospojne zaštite. Relej treba podesiti takoda se osigura strujna osjetljivost od 2 A primarno te naponska osjetljivost od 5%. Koristiti 1A-skistrujni ulaz za mjerenje Io. Sukladno tretmanu zvjezdišta odabrati odgovarajuću vrijednost baznogkuta . Za mod rada odabrati Basic Ang & Uo. Nakon odabira parametara i podešenja releja provesti

sekundarno ispitivanje. Sekundarnim ispitivanjem potrebno je utvrditi prag strujne i naponskeosjetljivosti te snimiti kutnu zonu djelovanja releja mjenjajući kontiniurano kut između Io i Uo.

Slika 1. Relej u BasicAng & Uo modu s φb=90° Slika 2. Relej u cos fi modu

Slike 1 i 2 prikazuju moguće radne karakteristike bloka zemljospojne zaštite DEF2LOW. Naraspolaganju su dva režima rada. Prvi režim naziva se BasicAng & Uo. U ovom režimu rada doprorade zaštite dolazi ako mjerena nulta struja i nulti napon prekorače vrijednosti definirane pragomprorade te ako se kut između tih dvaju veličina nalazi unutar definiranog operacijskog sektora. Kutkoji prelama radnu zonu na simetrične polovice označava se sa φb i naziva se bazni kut. Relej možeraditi i na način da mjeri radnu odnosno jalovu komponentu struje u odnosu na referentni nulti napon,tada ne govorimo o baznom kutu i operacijskom sektoru nego o sin fi ili kos fi modu rada. Za ovuvježbu koristit ćemo mod rada BasicAng & Uo kojim se definira fiksni operacijski sektor i fiksni baznikut. Bazni kut od 0° odgovara cos fi modu rada, ali je strujna proradna vrijednost neovisna o kutu..Cjelovita lista parametara s definiranim intervalima podešenja nalaze se u tablici 1.

Tablica 1. Parametri podešenja Def2Low bloka

Sekundarno ispitivanje obaviti prema sljedećoj shemi:

Tablica 2.

Ipod (S6)mA

IprormA

Upod (S7)%

Upror%

operac.sektor

φb (S4)°

φmax°

φmin°

Operacijski sektor moguće je postaviti na jedno od dva ponuđena podešenja: ±80° ili ±88°.Vrijednost φmax i φmin potrebno je mjeriti u trenucima kada relej prelazi iz neaktivnog u aktivnostanje.

Pitanja uz vježbu:

1. Kako način uzemljenja zvjezdišta mreže utječe na na karakter struje na mjestu kvara ?2. Na koji se način u postrojenju vrši mjerenje nultog napona ?3. Zašto primjena obuhvatnih mjernih transformatora za mjerenje nulte struje dopušta osjetljivijepodešenje zemljospojnog releja ?4. Koji bazni kut treba odabrati kod rada u izoliranoj mreži i zašto ?5. Zašto karakteristike zemljospojnih releja moraju biti usmjerene ?6. Može li zemljospojni relej istovremeno biti i neusmjeren i ponašati se selektivno u mreži ?

1.200 s 80.0°0.15 A 99.7 V

START STOP

0 – 10 A

REF 54x

INT

ON+TIMEOFFONOFF+TIME

5A ulaz

Uo

Io

I

Uo/I φreg

X1.1 16/18

X1.1 10/11

X5.2 3/4

Vježba br. 3. Zaštita elektromotora

Cilj vježbe:Iskoristiti znanja iz teorije transformatora, el. strojeva i elektromotornih pogona za stjecanje

kvalitativnog uvida u kompleksnost problematike štićenja rotacijskih strojeva. Upoznavanje sosnovnim parametrima stroja i pogona važnim za podešenje zaštite. Primjena jednostavnijegdigitalnog uređaja zaštite u štićenju definiranog elektromotornog pogona.

Teorijska podloga:Zbog svog dinamičkog karaktera štićenje elektromotora i elektromotrnih pogona prilično je

zahtijevna zadaća. Cjeloviti štićenje elektromotora stoga mora sadržavati sljedeće elemente:

a) Elektromotor se mora osigurati od prekomjernog zagrijavajna. Pri tome je potrebno da uređaj kojiima zadaću štićenja na temelju struje koju motor “vuče” iz mreže zaključi o temperaturi štićenogelementa. Ova je zadaća teška jer zagrijavanje tijela ovisi mnogo faktora kao što su: veličina strujeopterećenja motora, režim rada motora koji može biti trajan, inetrmitentni, prekidajući itd., mD2

tereta, početna udarna struja motora, nesimetrija pogonskog napona, napajanje preko uređajaenergetske elektronike i niz drugih.Osnovna zaštita koja motor treba zaštiti od pregrijavanja je zaštita od preopterećenja. Ova zaštita uosnovi funkcionira na temelju teorije o zagrijavanju homogenog tijela prema kojoj je vrijeme tpotrebno da tijelo dosegne graničnu temperaturu Tmax u ovisnosti o trenutnoj i prethodnoj struji

tereta ; 22

20

2

lnnII

IITt

, gdje je Io struja kojom je stroj bio prethodno opterećen, In je nazivna

struja stroja, a T je termička konstanta. Tada je vrijeme t ujedno i vrijeme do isključenja stroja.Granične temperature strojeva definiraju se toplinskim klasama izolacije:

klasa izolacije najveća dopuštena temperatura, Tmax °CA 105B 130F 155H 180

Uobičajeno su svi noviji elektromotori građeni od materijala klase F, ali su projektirani tako datemperaturni prirast ne prelazi onaj za klasu B. Time je znatno produljen živitni vijek izolacijestroja. Ako zaštita štiti motor ovakvih karakteristika zadaća joj je da ne dopusti da temperaturaizolacije ni u jednoj točki ne prijeđe vrijednost od 130 °C. Iz ovog je vidljivo da postoji rezerva utoplinskom kapacitetu motora, ukoliko se odreknemo ove rezerve motor je moguće preopteretiti ada se prilikom trajnog pogona temperatura izolacije ne podigne iznad granične temperature zaizolaciju klase F. Faktor koji dopušta određeno preopterećenje stroja naziva se faktorpreopterećenja i uzima se u obzir standardnim krivuljama dopuštenog preopterećenja strojevastandardom IEC60255-8. Uporaba ovog faktora omogućava bolje iskorištenje toplinskogkapaciteta stroja, ali znatno smanjuje životni vijek. Za motore kojima proizvođač nije jasnodefinirao uvijete rada s faktorom preopterećenja i za sve starije strojeve bolje je računati sfaktorom 1. Na slici 1 prikazani su dijagrami dopuštenog preopterećenja strojeva. Na slici 1 Aprikazani su dijagrami za slučaj da motor prethodno nije bio opterećen, a na slici 1 B uzpretpostavku da je motor već bio opterećen s 90% nazivne snage. Karakteristiku isključenja spredopterećenjem valja rabiti kod motora koji rade u prekidajućem režimu, a za one koji su utrajnom pogonu poput onih koji pogone crpke i ventilatore valja koristiti karakteristiku isključenjabez predopterećenja. Ova karakteristika može se pojednostavljeno prikazati izrazom:

L

L

t

II

t

1

352

, gdje je tL dopušteno trajanje šesterostruke nazivne struje motora.

Ovaj podatak proizvođači motora najčešće i navode.

Ukoliko je umjesto ovog podataka navedena vremenska konstanta stroja T, tL se može izračunatiprema sljedećem izrazu:tL(s)= T(s)/36. A B C

Slika 1. Krivulje isključenja zbog preopterećenja prema IEC60255-8A-preopterećenje bez predopterećenjaB-preopterećenje s 90%-tnim predopterećenjemC-prepterećenje bez predopterećenja (TL kao parametar)

Slika 2. Logički dijagramzaštite od preopterećenja

b) Elektromotor je potrebno zaštititi i od zagrijavanja koje može nastati prilikom pretjerano dugogstarta odnosno blokiranog rotora. U tom slučaju ventilacija stroja je reducirana zbog zaustavljanjaventilatora. Zaštita od ovakvog stanja može se izvesti mjerenjem vremena tijekom kojeg jepobuđena zaštita od predugog zaleta. Pobuda ove zaštite radi sigurnosti obično se postavlja napolovicu vrijednosti početne struje motora. Ukoliko se zaštita ne resetira unutar definiranogintervala slijedi nalog za isklop motora. Zaštita funkcionira prema dijagramu na slici 3. Ukoliko sunpr. za određeni motor poznati sljedeći podaci:In=115AIstart=575tstart=10sSMT 150/5, slijedi da će struja pobude biti Istrt=In/2 = 288 A odnosno 1.92 In.Pri toj struji će dopušteni zalet iznositi Tstart = 10 s * (575/288)2 = 40 s.Pa dopušteno vrijeme zaleta kod izmjerene struje tereta iznosi t=tstart(Istrt/Irms)2.

Slika 3. Logički dijagram zaštite od predugog zaleta

c) Zaštita od nesimetričnog pogona motora značajna je jer usljed pojave inverzne komponente ustruji dolazi do preopterećenja u radu motora. Nesimetrija struje može biti posljedica prekidafaze, loših priključaka na motoru, parcijalnih kratkih spojeva u samom motoru kao i posljedicanesimetrije u samom napojnom naponu. Zbog toga se često koristi metoda mjerenja inverznekomponente struje čija je pojava posljedica bilo kojeg od navedenih kvarova. Takvi releji najčešćese podešavaju da detektiraju inverznu struju koja je veća od 10 % direktne komponente struje prištićenju generatora, a 20 % pri štićenju motora.

Slika4. Logički dijagram zaštite od nesimetričnog pogona

d) Zaštita od zemljospoja statora važna je jer spriječava širenje kvara na na susjedne namote ipojavu kratkih spojeva. Kratke spojeve potrebno je naročito izbjegavati jer velike struje mogu oštetiti

jezgru namota i nanijeti velike štete. Štete na jezgri mogu nastati već i kod malih struja dozemnogkratkog spoja kada može doći do parcijalnih kratkih spojeva između limova jezgre koji utječu nadodatno zagrijavanje stroja u normalnom pogonu. Zbog toga je kod motora koji rade u izoliranoj mreži(6 kV mreža) poželjno imati zemljospojnu zaštitu kabelskog izvoda s kojeg se napaja motor.

Zadaća vježbe:

Podesiti univerzalni digitalni relej 7SJ602 da obavi štićenje elektromotora sljedećih karakteristika.Un= 6.3 kVPnom=900 kWIn=100Aη=0.96cos φ=0.86Istrt=650ATstrt=15 s.Tz=10 min, vremenska konstanta zagrijavajnaTh=20 min, vremenska konstanta hlađenja (ne radi ventilator na rotoru)Klasa izolacije F/BSMT 100/5 A

Dopustiti opterećenje stroja do granične temperature izolacije klase B.

Aktivirati alarm kada temperatura stroja prekorači 85% temperature pri kojoj slijedi isključenje.

Iskoristiti mogućnost podešenja releja da prati akumuliranje topline u stroju uporabomkarakteristike isključenja s predopterećenjem.

Kapacitivna struja galvanski povezane 6 kV mreže je 20A , a doprinos promatranog motora spriključnim kabelom je 3 A. Nulta struja mjeri se obuhvatnim transformatorom 75/5 A. Podesitineusmjerenu zemljospojnu zaštitu tako da je u stanju detektirati struju zemljospoja od 6Aprimarno ali i da spriječi isključenje motora kada on sa svojim dozemnim kapacitetima sudjeluje udozemnoj struji mreže.

Aktivirati zaštitu od nesimetričnog opterećenja motora koja treba isključiti motor ako udioinverzne komponente prijeđe 20% nominalne struje motora.

Aktivirati zaštitu od predugog zaleta motora koja se treba startati kada pogonska struja prekorači60 % maksimalne struje starta.

Prilikom parametriranja obratiti pozornost na postavljanje vrijednosti sljedećih registara:

7800 SCOPE OF FUNCTIONS7801 Characteristic of O/C protection Definite time7802 Temporary pick-up value change over (O/C-st.) Non-existent7803 Unbalanced load protection Existent7804 Thermal overload protection With memory7805 Supervision of starting time Existent7839 Trip circuit supervision Non-existent

Settings Parameter set A1100 POWER SYSTEM DATA1101 Rated system frequency fN 50 Hz1102 Connection of CT2 IL21105 Primary rated current 100 A1106 Secondary rated current 5A1134 Minimum trip command duration 0.15 s

1135 Maximum close command duration 1.00 s1300 O/C PROTECTION PHASE FAULTS1301 O/C protection for phase faults on1303 Pick-up value of the high-set inst. stage I>>> +* I/In1305 Pick-up value of the high-set stage I>> 10.0 I/In1307 Trip time delay of the high-set stage I>> 0.01 s1308 Pick-up value of the overcurrent stage I> +* I/In1310 Trip time delay of the overcurrent stage I> 0.50 s1311 Measurement repetition no1319 Manual close I>> undelayed

1400 O/C PROTECTION EARTH FAULTS1401 O/C protection for earth faults on1402 Pick-up value of the high-set stage IE>> 1.0 I/In1404 Trip time delay of the high-set stage IE>> 0.01 s1405 Pick-up value of the overcurrent stage IE> 0.1 I/In1407 Trip time delay of the overcurrent stage IE> 0.50 s1408 Measurement repetition no1416 Manual close IE>> undelayed

1500 UNBALANCED LOAD PROTECTION1501 State of the unbalanced load protection on1502 Pick-up value of neg. seq. I low-set stage I2> 10 %1503 Trip delay of neg. seq. I low-set stage TI2> 5.00 s1504 Pick-up value for high current stage 50 %1505 Trip time delay for high current stage 1.00 s

2700 THERMAL OVERLOAD PROTECTION2701 State of thermal overload protection on2702 K-factor for thermal overload protection 1.102703 Time constant for thermal overload protection 10.0 min2704 Multiplier of time constant at standstill 3.002705 Thermal warning stage 95 %

2800 STARTING-TIME SUPERVISION2801 Supervision of starting time on2802 Max. permissible starting time at I-START-MAX 10.0 s2803 Max. permissible starting curr. at T-START-MAX 4.0 I/In

Slika 5. Priključak releja na strujnemjerne transformatore

Pitanja uz vježbu:

1. Može li se za motor kojem je izolacija klase F dosegla temperaturu od 170 °C i takva sezadržala 10 min smatrati da je u kvaru ?

2. Razmislite, može li se preopterećenje motora mjeriti i na neki drugi način osim mjerenjemstruje ?

3. Kako, snažni, jednofazni tereti koji rade u istoj mreži kao i trofazni asinkroni motori, moguutjecati na rad motora ?

4. Interesirajte se, kakve se zaštite koriste za NN motore manjih snaga.5. Na što treba obratiti pozornost kod podešavanja kratkospojne zaštite motora ?

Vježba br. 4. Uporaba frekventnih releja

Cilj vježbe:Upoznavanje s temeljnim primjenama frekventnih releja. Uporaba releja za štićenje električnih

strojeva i podfrekventno rasterećenje EES-a. Područja podešenja frekventnih releja. Ispitivanjefrekventnih releja. Releji s “Restor” funkcijom.

Teorijska podloga:Frekventni releji su oni releji koji u okružju mrežne frekvencije (50/60 HZ) s vrlo visokom

točnošću mjere apsolutnu vrijednost iznosa frekvencije i derivaciju frekvencije df/dt. Sposobnostmjerenja derivacije karakteristična je za digitalne releje.Svoju osnovnu primjenu frekventni releji nalaze u sustavima za podfrekventno rasterećenje EES-a.

Naime, usljed poremećaja koji nastaju u mreži, poput ispada veće proizvodne jedinice, kvaraili ispada prijenosnog voda većeg prijenosnog kapaciteta dolazi do nesrazmjera između trenutneproizvodnje i potrošnje. Ukoliko, npr., dođe do ispada većeg proizvodnog kapaciteta, u mreži će sepojaviti manjak snage koji će rezultirati usporavanjem svih agregata u mreži, a time će doći i do padafrekvencije. Ovaj manjak energije u mreži, ako nije prevelik, nakon nekog vremena nadoknadit će sedovođenjem primarne energije djelovanjem turbinskih regultora. Ukoliko pak, u EES-u ne postojidovoljno rotirajuće rezerve u sustavu, kojom bi se frekvencija vratila na nazivnu, frekvencija ćenastaviti padati brzinom koja je ovisna o veličini nastalog manjka snage, raspoloživoj rotirajućojrezervi, rezultantnoj konstanti tromosti svih agregata u mreži te o regulacijskim energijamaproizvodnje i potrošnje.

Pad frekvencije može se opisati izrazom :

pTt

p

eK

pf 1 , gdje je p

p KHT 2

.

∆p je manjak snage u sustavu, H je inercijska konstanta sustava, a Kp regulacijska energija potrošnje.

Što se tiče odziva regulacije turbinskih agregata može se izdvojiti činjenica da se odziv turboagregatakreće od 2-5 s, a hidroagregata od 5-20 s. Zbog toga podfrekventne zaštite u načelu ne bi smjeledjelovati u vremenima kraćim od odziva regulacije. Također je uobičajeno da se dopušta padfrekvencije od oko 1 Hz, bez prorade frekventnih releja, jer se predpostavlja da će primarni regulatoriuspjeti vratiti frekvenciju na nazivnu. No ovo je vrlo individualno od sustava do sustava i podliježevrlo složenim proračunima o održanju sustava u incidentnim situacijama zato je radi učinkovitostipodfrekventnog rasterećenja neophodno istražiti brzinu pada frekvencije za različite manjkove snagau mreži. Podfrekventno rasterećenje se obično dijeli u nekoliko stupnjeva, a najčešći broj stupnjevarasterećenja je 4, pa se stoga i najveći broj releja izvodi za četiri stupnja rasterećenja. Ukoliko sepokaže potreba za većim brojem stupnjeva može se koristiti kombinacija od dva frekventna releja.Prvi stupanj podfrekventnog rasterećenja treba biti podešen tako da ne prorađuje nepotrebno kodmanjih poremećaja i prijelaznih stanja, ali isto tako mora omogućiti da se u uslučaju nedovoljnerotirajuće rezerve omogući uspostava ravnoteže između proizvodnje i potrošnje u sustavu. df/dtfunkcija releja najčešće se koristi u kombinaciji s prvim stupnjem. Uporaba ove funkcije možepreventivno isključiti teret u prvom stupnju i prije nego što dođe do pada frekvencije ispod prvogpraga ukoliko je pad frekvencije brz. Na taj način se može prevenirati od rasterećenja u narednimstupnjevima, a time i spriječiti dijeljenje sustava u podsustave te konačne raspade sustava. Valjanaglasiti da brzina pada frekvencije uobičajeno ne prelazi 2Hz/s, premda kod većih poremećaja možedoći i do pada od 3 Hz/s.U tablici 1. prikazan je primjer podfrekventnog rasterećenja EES-a Hrvatske (2003 god.) u 4 stupnja.

Tablica 1.I (49.2 Hz) II (48.8 Hz) III (48.4 Hz) IV (48.0 Hz) Ukupno261 MW 406 MW 366 MW 355 MW 1390 MW

Uporaba digitalnih releja omogućava da se isti iskoriste i za ponovno obnavljanje mreže kada sefrekvencija stabilizira. Pri tome se mogu koristiti gotovi algoritmi ili se kao u slučaju uređaja koji sekoristi u našoj vježbi, može kreirati vlastita logika koja omogućava automatsko uključenje“odbačenih” vodova nakon što se frekvencija stabilizirala na nazivnu vrijednost. Na ovaj način seomogućava jednostavnije i brže obnavljanje normalnog stanja u EES-u.

Osim što se koriste za rasterećenje sustava, frekventni releji koriste se i za štićenje strojeva.Osobito su česte nadfrekventne zaštite, koje najčešće služe kao zaštite od pobjega regulacije uslučajevima kada djelovi sustava rade otočno te kada nema čvrste mreže koja održava frekvenciju.Nadfrekventne zaštite koriste se iz za štićenje naročito važnih motora.

Zadaća vježbe:Podesiti terminal ABB REF54x da obavlja funkcije podfrekventnog rasterećenja u 4 stupnja.

Koristiti blokove frekventne zaštite. Freq1St-1 – Freq1St-4. Podešenja blokova postaviti premavijednostima danim u tablici 1. Potrebo je iskoristiti djelovanje df/dt funkcije u sprezi s prvimpodfrekventnim stupnjem FreqSt_1. Ovaj stupnj treba djelovati kada frekvencija počne padati brzinomvećom od 0.5 Hz/s i zatezanjem od 1 s. Ostale stupnjeve treba podesiti tako da df/dt funkcija nedjeluje. Podešenja bloka nalaze se u tablici 2.

Tablica 2. Podešenja FreqSt bloka

Nakon podešavanja potrebno je sekundarno ispitati djelovanje svakog od FreqSt blokova.Za sekundarno ispitivanje koristiti sustav AVO Pulsar prema shemi na slici 1.

58.000.048.85

START STOP

REF 54x<fdf/dt

INT

ON+TIMEOFFONOFF+TIME

U1 X1.1 16/18

X5.2 3/4f

Rezultate ispitivanja upisati u tablicu 3. Stupnjeve ispitujte jedan po jedan isključujući sve stupnjeveosim onog kojeg ispitujete.

1. stupanj 2. stupanj 3. stupanj 4. stupanjf podešeno (Hz)f prorade (Hz)t<f (s)f otpusta (Hz)df/dt (Hz/s)

Tablica 3.

Pitanja uz vježbu:

1. Koja je uloga df/dt funkcije u podfrekventnom releju ?2. Zašto je problematično podešenje df/dt releja u realnim mrežama ?3. Interesirajte se o praktičnim izvedbama releja s “Restore” funkcijom.

Vježba br. 5: Zaštita visokonaponskog voda

Distantna zaštita – parametriranje i konfiguracija releja

Cilj vježbe:

Upoznavanje modernih, numeričkih zaštita vodova; teorijske osnove, ulazni i izlazni signali,

načini rada. Upoznavanje postupaka parametriranja i konfiguriranja numeričkih distantnih releja –

Siemens 7SA6xx. Upotreba programskih alata za snimanje i evaluaciju kvarova te za naknadnu obradu

i analizu.

Teorijska podloga:

Distantna zaštita osnovna je zaštita visokonaponskih vodova. Najvažniji zahtjevi koji se

postavljaju na distantnu zaštitu su selektivnost i brzina. U što kraćem vremenu distantna zaštita treba

odvojiti dio mreže zahvaćen kvarom. Brzine djelovanja današnjih distantnih releja su reda 20 – 35 ms.

Selektivnost distantne zaštite postižemo vremenskim zatezanjem pojedinih distantnih stupnjeva. Kako

je distantna zaštita zapravo impedantna zaštita, koja mjeri impedanciju voda od mjesta ugradnje do

mjesta kvara, to su različita podešenja distantnih stupnjeva u omima

proporcionalna sa udaljenostima.

Prvi stupanj distantne zaštite podešavamo tako da «pokrijemo» veći dio štićenog voda ali da ne

zahvatimo sabirnice u idućoj trafo-stanici. Kada relej proradi u prvom stupnju on djeluje odmah, bez

vremenskog zatezanja.

Bilo bi najbolje kada bismo prvim stupnjem mogli obuhvatiti cijeli štićeni vod, ali zbog netočnosti

uzrokovanih mjernim transformatorima, zbog nepoznavanja posve točnih impedancija vodova i slično,

u slučaju da podesimo doseg prvog stupnja na cijelu impedanciju voda moglo bi se desiti da relej

«vidi» i kvar na sabirnicama u sussjednoj trafo-stanici u svojem prvom stupnju. Tada relej ne bi radio

selektivno i isključio bi štićeni vod trenutno, iako se kvar ne nalazi na štićenom vodu.

Drugim i trećim stupnjem distantna zaštita predstavlja rezervnu zaštitu slijedećim distantnim

zaštitama.

Da bismo ipak bili što točniji i selektivniji, a obuhvatili cijeli štićeni vod, koristimo se dodatnim

funkcijama distantne zaštite, prvenstveno komunikacijom između releja na dva kraja štićenog voda te

automatskim ponovnim uklopom.

Zbog toga je distantnim relejima, osim struja i napona, potrebno privesti više «binarnih» signala kao

što su informacije o spremnosti i uključenosti prekidača, prijemu signala isključenja od distantne

zaštite sa suprotnog kraja voda itd.

Moderni, numerički releji, sadrže u sebi više zaštitnih funkcija tako da distantni relej više nije samo

distantni već možemo govoriti o releju za zaštitu voda, koji osim distantne zaštite može imati i

nadstrujnu zaštitu, usmjerenu ili neusmjerenu zemljospojnu zaštitu, podnaponsku i nadnaponsku

zaštitu, zaštitu od otkaza prekidača, zaštitu od nesimetričnog tereta, preopterećenja, njihanja snage te

funkcije nadzora, upravljanja, APU, komunikaciju između releja na krajevima voda i sl.

Da bismo modernu zaštitu voda mogli podesiti, osim znanja koje nam služi pri izračunima podešenja

moramo poznavati i programske alate za parametriranje i konfiguriranje releja.

Kako numerički releji mogu biti opremljeni i zapisivačem događaja te su sposobni snimati fazore

struja i napona za vrijeme kvara, moramo se upoznati i sa programskim alatima za evaluaciju i analizu

kvarova.

Zadaće vježbe:

a)

Programskim paketom DIGSI ostvariti komunikaciju sa distantnim relejom 7SA6xx.

Razmotriti dostupne programske module.

U 10-tak rečenica odgovorite na slijedeća pitanja.

Koji su nam sve moduli na raspolaganju ? Za što nam pojedini moduli služe ?

b)

Unijeti slijedeća podešenja u relej:

X1 R1 X0 R0 t (s)

Zona 1 3,10 0,92 7,72 2,36 0,000

Zona 2 7,53 2,23 18,79 5,75 0,500

Zona 3 9,52 2,82 23,77 7,27 1,300

Zona 4 26 65 3,500

Koja još podešenja je potrebno unijeti ? Što predstavljaju ta podešenja ?

c)

Skicirajte Z-t i R-X dijagram podešenog releja. Što moramo izračunati prije toga ?

d)

Razmotriti programski paket CAP 541. Komentirati u nekoliko rečenica sličnosti i razlike u

odnosu na DIGSI. Primijetite da je potrebno detaljno poznavanje programa i releja različitih

proizvođača.

e)

Otvoriti programski paket SIGRA. Učitati neki od snimljenih kvarova. Razmotriti dostupne

opcije unutar programa. Komentirajte ih.

O kakvom se kvaru radi ? Što sve možemo vidjeti i zaključiti iz snimljenog kvara ?

Pitanja uz vježbu:

1. Koje ste programske alate za relejnu zaštitu upoznali ?

2. Za što ih sve koristimo ?

3. Na koje sve načine možemo komunicirati s relejom ? Jesu li dostupne sve funkcije

nezavisno od načina komunikacije ?

4. Koje sve parametre moramo unijeti da bismo podesili distantni relej ?

Vježba br. 6: Zaštita visokonaponskog vodaDistantna zaštita – sekundarno ispitivanje releja

Cilj vježbe:

Upoznavanje s problematikom podešavanja distantnih stupnjeva. Sekundarno ispitivanje

distantnog releja 7SA 612; snimanje Z-t karakteristike, snimanje R-X karakterisrike.

Teorijska podloga:

Princip rada distantne zaštite najbolje opisuje Z-t dijagram. Za vrijeme kvara distantna zaštita

mjeri impedanciju voda od mjesta ugradnje do mjesta na kojemu se dogodio kvar. Kako je ta

impedancija proporcionalna sa duljinom, to možemo smatrati da distantna zaštita mjeri ujedno i

udaljenost do mjesta kvara.

Da bi distantna zaštita bila selektivna, tj. da bi mogla isključiti samo onaj dio elektroenergetskog

sustava koji je zahvaćen kvarom, podešavamo je po stupnjevima ili zonama, baš kao što je prikazano

na Z-t dijagramu. Pri tome se moramo pridržavati nekih pravila.

Prvim stupnjem distantne zaštite želimo «pokriti» cijeli štićeni vod, sve do pred sabirnice u susjednoj

TS. Pri tome, da bismo zadržali selektivnost, ne smijemo prvim stupnjem obuhvatiti te sabirnice. Zbog

netočnosti SMT-a, nedovoljno točnih podataka o impedanciji voda itd. Prvi stupanj podešavamo na 80

– 90 % ukupne impedancije štićenog voda. Relej u prvom stupnju djeluje trenutno, bez vremenske

zadrške (vremenskog zatezanja).

Drugim stupnjem potrebno je obavezno «pokriti» sabirnice u susjednoj trafo-stanici te dio slijedećeg

voda, pazeći pri tome da ne pređemo 80 % impedancije najkraćeg slijedećeg voda, kako se ne bismo

preklopili sa cijelim prvim stupnjem releja koji taj, slijedeći vod štiti. Da bismo zadržali selektivnost

prema ostalim relejima, drugi stupanj vremenski zatežemo 0,3 – 0,7 s.

Treći stupanj služi kao dodatna rezerva ostalim distantnim zaštitama, te ga podešavamo još više,

ponovno vodeći računa o selektivnosti. Treći stupanj vremenski zatežemo od 1 do 3,5 s, u zavisnosti

od podešenja ostalih zaštita u sustavu.

Želimo li koristiti i tzv. neusmjereni stupanj, možemo ga podesiti po želji velikim, pazeći pri tome da

ne «uđemo» u pogonsku impedanciju.

Podaci koji su nam dostupni (impedancije vodova itd) obično su primarne veličine, često dane po

kilometru duljine koje je potrebno pretvoriti u sekundarne i to za cijelu duljinu voda. Kod većine

današnjih releja podešavaju se odvojeno dosezi u reaktivnom (X) i resistivnom (R) smjeru.

Zadaće vježbe:

Uz zadane impedancije vodova po kilometru dužine te prijenosne odnose strujnih i naponskih

mjernih transformatora potrebno je izračunati podešenja distantnih stupnjeva.

Zadano:

X1 R1 X0 RO L Pu Pi

a) Potrebno izračunati:

X1 R1 X0 R0

100% voda

85% voda (prvi stupanj)

130% voda (drugi stupanj)

180% voda (treći stupanj)

250% voda (neusmjereni stupanj)

b) Spojiti ispitni uređaj na distantni relej te snimiti Z-t karakteristiku releja pod kutom od 70

stupnjeva. Rezultate upisati u tablicu te skicirati karakteristiku.

1. stupanj 2. stupanj 3. stupanj 4. stupanj

Z

t

c) Snimiti R-X karakteristiku distantnog releja. Ispitivanja vršiti pod 0 stupnjeva te pod 90

stupnjeva. Podatke upisati u tablicu i skicirati karakteristiku.

1. stupanj 2. stupanj 3. stupanj 4. stupanj

X

R

d) Ponoviti ispitivanje kao pod c) ali ovaj puta za međufazni kvar. Nacrtajte karakteristiku i

podatke upišite u tablicu

1. stupanj 2. stupanj 3. stupanj 4. stupanj

X

R

.

Pitanja uz vježbu:

1. Kako postižemo selektivnost distantne zaštite ?

2. Što možemo, a što ne možemo vidjeti iz Z-t dijagrama ? A iz R-X dijagrama ?

3. Koja je razlika rezultata ispitivanja pod c) i d) ? Zašto ?

4. Kakve sve karakteristike distantnih releja poznajete ? Koje su prednosti pojedinih

karakteristika ? Kakvu karakteristiku ima ispitivani relej ?