Com és la protecció del relé de les línies elèctriques

El transport continu i fiable d'electricitat als consumidors és una de les principals tasques que els enginyers elèctrics resolen constantment. Per proporcionar-lo, es van crear xarxes elèctriques formades per subestacions de distribució i línies elèctriques de connexió. Per moure l'energia a llargues distàncies, s'utilitzen suports als quals se suspenen els cables de connexió. Estan aïllats entre ells i el terra per una capa d'aire ambient. Aquestes línies s'anomenen línies aèries pel tipus d'aïllament.

Si la distància de l'autopista de transport és curta o per raons de seguretat cal amagar la línia elèctrica a terra, s'utilitzen cables.

Les línies elèctriques aèries i de cable estan constantment sota tensió, el valor de la qual està determinat per l'estructura de la xarxa elèctrica.

Finalitat de la protecció de relés de línies elèctriques

En cas de fallada d'aïllament en qualsevol lloc d'un cable o línia aèria estesa, la tensió aplicada a la línia crea un corrent de fuga o de curtcircuit a través de la secció danyada.

Les raons per trencar l'aïllament poden ser diversos factors que poden eliminar o continuar el seu efecte destructiu. Per exemple, una cigonya que vola entre els cables d'una línia elèctrica aèria crea un circuit de fase a fase amb les seves ales i es crema, cau a prop.

O un arbre que creixia molt a prop del suport, durant una tempesta, va ser enderrocat als cables per una ràfega de vent i els va provocar un curtcircuit.

En el primer cas, el curtcircuit es va produir durant un curt període de temps i va desaparèixer, i en el segon, la violació de l'aïllament va ser de caràcter a llarg termini i va requerir l'eliminació del personal de manteniment.

Aquest dany pot causar grans danys a les centrals elèctriques. Els corrents dels curtcircuits resultants tenen una gran energia tèrmica, que pot cremar no només els cables de les línies elèctriques, sinó que també destrueix els equips elèctrics de les subestacions elèctriques.

Per aquests motius, qualsevol dany que es produeixi a les línies elèctriques s'ha de reparar immediatament. Això s'aconsegueix eliminant la tensió de la línia amb avaria al costat de l'alimentació. Si aquesta línia elèctrica rep energia d'ambdós costats, tots dos s'han de desactivar.

Les funcions de control constant dels paràmetres elèctrics de l'estat de totes les línies elèctriques i eliminar-ne la tensió per tots els costats en cas de situacions d'emergència s'assignen a sistemes tècnics complexos, que tradicionalment s'anomenen protecció de relés.

L'adjectiu "relé" deriva de la base elemental basada en relés electromagnètics, els dissenys dels quals van sorgir amb l'aparició de les primeres línies elèctriques i s'estan millorant fins als nostres dies.

Dispositius de protecció modulars, àmpliament introduïts en la pràctica dels enginyers elèctrics basat en tecnologia de microprocessador i tecnologia informàtica no exclouen una substitució completa dels dispositius de relé i, segons la tradició establerta, també s'introdueixen en els dispositius de protecció de relés.

Principis de protecció de relés

Autoritats de vigilància de la xarxa

Per controlar els paràmetres elèctrics de les línies elèctriques, cal disposar d'instruments per a la seva mesura, que siguin capaços de controlar constantment qualsevol desviació del mode normal a la xarxa i, al mateix temps, compleixin les condicions per a un funcionament segur.

A les línies elèctriques amb totes les tensions, aquesta funció s'assigna als transformadors de mesura, es classifiquen en transformadors:

• corrent (TT);

• tensió (VT).

Atès que la qualitat de l'operació de protecció és d'importància primordial per a la fiabilitat de tot el sistema elèctric, s'imposen requisits augmentats per a la precisió del funcionament als TC i VT de mesura, que estan determinats per les seves característiques metrològiques.

Les classes de precisió dels transformadors de mesura per al seu ús en dispositius de protecció i automatització de relés (protecció de relés i automatització) estan estandarditzades pels valors «0,5», «0,2» i «P».

Transformadors de tensió d'instrument

A la foto següent es mostra una visió general de la instal·lació de transformadors de tensió a la línia aèria de 110 kV.

Aquí es pot veure que els VT no s'instal·len en cap lloc al llarg d'una línia d'extensió, sinó a l'aparell de commutació d'una subestació elèctrica. Cada transformador està connectat pels seus terminals primaris al conductor corresponent de la línia aèria i del circuit de terra.

La tensió convertida dels bobinatges secundaris surt a través dels interruptors 1P i 2P a través dels conductors corresponents del cable d'alimentació. Per al seu ús en dispositius de protecció i mesura, els bobinatges secundaris es connecten segons l'esquema "estrella" i "delta", tal com es mostra a la foto per a VT-110 kV.

Disminuir pèrdua de tensió i un funcionament precís de la protecció del relé, s'utilitza un cable d'alimentació especial i s'imposen més requisits per a la seva instal·lació i funcionament.

Els VT de mesura es creen per a cada tipus de tensió de línia i es poden canviar segons diferents esquemes per realitzar tasques específiques. Però tots funcionen segons el principi general de convertir el valor lineal de la tensió de la línia de transmissió en un valor secundari de 100 volts, copiant i emfatitzant amb precisió totes les característiques dels harmònics primaris a una escala determinada.

La relació de transformació de VT ve determinada per la relació de les tensions de línia dels circuits primari i secundari. Per exemple, per a la línia aèria de 110 kV considerada, s'escriu així: 110000/100.

Transformadors de corrent d'instrument

Aquests dispositius també converteixen la càrrega de la línia primària en valors secundaris amb la màxima repetició de qualsevol canvi en els harmònics del corrent primari.

Per facilitar el funcionament i el manteniment dels equips elèctrics, també s'instal·len als dispositius de distribució de les subestacions.

Transformadors de corrent S'inclouen en el circuit de la línia aèria d'una manera diferent a la VT: amb el seu bobinatge primari, que sol representar només una volta en forma de cable de corrent continu, simplement es tallen a cada cable de la fase de línia.Això es pot veure clarament a la foto de dalt.

La relació de transformació del CT està determinada per la relació de selecció de valors nominals en l'etapa de disseny de la línia elèctrica. Per exemple, si la línia elèctrica està dissenyada per portar 600 amperes i s'eliminaran 5 A del secundari CT, s'utilitza la designació 600/5.

En electricitat, s'accepten dos estàndards per als valors dels corrents secundaris que s'utilitzen:

• 5 A per a tots els TC fins a 110 kV inclosos;

• 1 A per a línies de 330 kV i superiors.

Els bobinatges TT secundaris es connecten per a la connexió a dispositius de protecció segons diferents esquemes:

• estrella plena;

• estrella incompleta;

• triangle.

Cada compost té les seves pròpies característiques específiques i s'utilitza per a certs tipus de protecció de diferents maneres. A la foto es mostra un exemple de connexió de transformadors de corrent i bobines de relé de corrent a un circuit estel·lar complet.

Aquest és el filtre harmònic més senzill i comú utilitzat en molts circuits de relés de protecció. En ell, els corrents de cada fase estan controlats per un relé separat del mateix nom i la suma de tots els vectors passa per la bobina inclosa en el cable neutre comú.

El mètode d'ús de transformadors de mesura de corrent i tensió permet transferir els processos primaris que tenen lloc a l'equip de potència al circuit secundari a una escala precisa per al seu ús en el maquinari de protecció de relés i la creació d'algorismes per al funcionament de la lògica. dispositius per eliminar processos d'equips d'emergència.

Autoritats per al tractament de la informació rebuda

En la protecció de relés, l'element de treball principal és un relé, un dispositiu elèctric que realitza dues funcions principals:

• supervisa la qualitat del paràmetre observat, per exemple, el corrent, i en mode normal manté de manera estable i no canvia l'estat del seu sistema de contacte;

• quan s'arriba a un valor crític anomenat punt de consigna o llindar de resposta, canvia immediatament la posició dels seus contactes i roman en aquest estat fins que el valor observat torna al rang normal.

Els principis de formació de circuits per commutar relés de corrent i tensió en circuits secundaris ajuden a comprendre la representació dels harmònics sinusoïdals per magnituds vectorials amb la seva representació en un pla complex.

A la part inferior de la imatge, es mostra un diagrama vectorial per a un cas típic de distribució de sinusoides en tres fases A, B, C en el mode de funcionament de l'alimentació del consumidor.

Supervisió de l'estat dels circuits de corrent i tensió

En part, el principi de processament de senyals secundaris es mostra al circuit per encendre els bobinatges CT i relés d'acord amb l'esquema complet d'estrella i VT de l'ORU-110. Aquest mètode us permet afegir vectors de les maneres següents.

La inclusió de la bobina del relé en qualsevol dels harmònics d'aquestes fases permet controlar totalment els processos que s'hi duen a terme i apagar el circuit de funcionament en cas d'accident. Per fer-ho, n'hi ha prou amb utilitzar dissenys adequats de dispositius de relé per a corrent o tensió.

Els esquemes anteriors són un cas especial d'ús versàtil de diferents filtres.

Mètodes de control de la potència que passa per la línia

Els dispositius de protecció de relés controlen el valor de potència en funció de les lectures de tots els mateixos transformadors de corrent i tensió.En aquest cas, s'utilitzen fórmules i relacions de potència total, activa i reactiva conegudes entre elles i els seus valors expressats pels vectors de corrents i tensions.

S'entén que el vector actual està format per la fem aplicada a la resistència de línia i supera les seves parts actives i reactives per igual. Però al mateix temps, en els trams amb components Ua i Up, es produeix una caiguda de tensió segons les lleis descrites pel triangle de tensió.

La potència es pot transferir d'un extrem a l'altre de la línia i fins i tot es pot invertir quan es transporta electricitat.

Els canvis en la seva direcció són el resultat de:

• commutació de càrregues per part del personal operatiu;

• fluctuacions de potència en el sistema a causa dels efectes de transitoris i altres factors;

• aparició de modes d'emergència.

Els relés de potència (PM) que funcionen com a part del sistema de protecció i automatització dels relés tenen en compte les fluctuacions en les seves direccions i estan configurats per funcionar quan s'arriba al valor crític.

Mètodes de control de resistència de línia

Els dispositius de protecció de relés que calculen la distància a la ubicació del curtcircuit a partir de mesures de resistència elèctrica s'anomenen protecció de distància o DZ per abreujar. També utilitzen circuits de transformadors de corrent i tensió en el seu treball.

Per mesurar la resistència, utilitzeu Expressió de la llei d'Ohmdescrit per a la secció de circuit que s'està considerant.

Quan un corrent sinusoïdal passa per una resistència activa, capacitiva i inductiva, el vector de caiguda de tensió sobre elles es desvia en diferents direccions. Això es té en compte pel comportament del relé de protecció.

Segons aquest principi, molts tipus de relés de resistència (RS) funcionen en dispositius de protecció i automatització de relés.

Mètodes de control de freqüència de línia

Per mantenir l'estabilitat del període d'oscil·lació dels harmònics del corrent transmès a través de la línia elèctrica, s'utilitzen relés de control de freqüència. Funcionen amb el principi de comparar l'ona sinusoïdal de referència produïda pel generador integrat amb la freqüència obtinguda pels transformadors de mesura lineal.

Després de processar aquests dos senyals, el relé de freqüència determina la qualitat de l'harmònic observat i, quan s'assoleix el valor establert, canvia la posició del sistema de contactes.

Característiques de control de paràmetres de línia per proteccions digitals

Els desenvolupaments de microprocessadors que substitueixen les tecnologies de relés tampoc no poden funcionar sense valors secundaris de corrents i tensions, que s'eliminen dels transformadors de mesura TT i VT.

Per al funcionament de les proteccions digitals, la informació sobre l'ona sinusoïdal secundària es processa mitjançant mètodes de mostreig, que consisteixen a superposar una alta freqüència a un senyal analògic i fixar l'amplitud del paràmetre controlat a la intersecció dels gràfics.

A causa del petit pas de mostreig, els mètodes de processament ràpid i l'ús del mètode d'aproximació matemàtica, s'obté una alta precisió de mesura de corrents i voltatges secundaris.

Els valors numèrics calculats d'aquesta manera s'utilitzen en l'algorisme per al funcionament de dispositius de microprocessador.

La part lògica de la protecció i automatització de relés

Després de modelar els valors inicials dels corrents i les tensions de l'electricitat transmesa al llarg de la línia elèctrica mitjançant transformadors de mesura seleccionats per al processament per filtres i rebuts pels òrgans sensibles dels dispositius de relé per a corrent, tensió, potència, resistència i freqüència, és el torn dels circuits dels relés lògics.

El seu disseny es basa en relés que funcionen a partir d'una font addicional de tensió constant, rectificada o alterna, que també s'anomena operativa, i els circuits alimentats per aquest estan operatius. Aquest terme té un significat tècnic: molt ràpidament, sense retards innecessaris, per realitzar els seus interruptors.

La velocitat de funcionament del circuit lògic determina en gran mesura la velocitat de l'aturada d'emergència i, per tant, el grau de les seves conseqüències destructives.

En la forma en què desenvolupen les seves tasques, els relés que funcionen en circuits operatius s'anomenen intermedis: reben un senyal del dispositiu de protecció de mesura i el transmeten commutant els seus contactes als òrgans executius: relés de sortida, solenoides, electroimants per a la desconnexió o tancament dels interruptors d'alimentació. .

Els relés intermedis solen tenir diversos parells de contactes que funcionen per fer o trencar un circuit. S'utilitzen per reproduir ordres simultàniament entre diferents dispositius de protecció de relés.

En l'algorisme de funcionament de la protecció del relé, sovint s'introdueix un retard per garantir el principi de selectivitat i formar la seqüència d'un determinat algorisme. Bloqueja l'operació de protecció durant la configuració.

Aquesta entrada de retard es crea mitjançant relés de temps especials (RV) que tenen un mecanisme de rellotge que afecta la velocitat dels seus contactes.

La part lògica de la protecció del relé utilitza un dels molts algorismes dissenyats per a diferents casos que es poden produir en una línia elèctrica d'una determinada configuració i tensió.

Com a exemple, només podem donar alguns noms del funcionament de la lògica de dues proteccions de relé basades en el control del corrent de la línia elèctrica:

• interrupció de corrent (indicació de velocitat) sense retard o amb retard (garanteix la selectivitat de RF), tenint en compte la direcció de la potència (a causa del relé RM) o sense aquesta;

• La protecció contra sobreintensitat es pot proporcionar amb els mateixos controls que la desconnexió, amb o sense controls de baixa tensió de la línia.

Sovint s'introdueixen elements d'automatització de diversos dispositius en el funcionament de la lògica de protecció del relé, per exemple:

• tancament de l'interruptor d'alimentació monofàsic o trifàsic;

• encendre la font d'alimentació de reserva;

• acceleració;

• descàrrega de freqüència.

La part lògica de la protecció de la línia es pot fer en un petit compartiment de relé directament a sobre de l'interruptor d'alimentació, que és típic d'aparells de commutació complets externs (KRUN) amb una tensió de fins a 10 kV, o ocupa diversos panells de 2x0,8 m a la sala de relés. .

Per exemple, la lògica de protecció per a una línia de 330 kV es pot col·locar en panells de protecció separats:

• reserva;

• DZ - remot;

• DFZ — fase diferencial;

• VCHB: bloqueig d'alta freqüència;

• OAPV;

• acceleració.

Circuits de sortida

Els circuits de sortida serveixen com a element final de la protecció del relé lineal i la seva lògica també es basa en l'ús de relés intermedis.

Els circuits de sortida formen l'ordre de funcionament dels interruptors de línia i determinen la interacció amb les connexions, els dispositius adjacents (per exemple, la protecció contra fallades de l'interruptor - activació d'emergència de l'interruptor) i altres elements de protecció i automatització de relés.

Les proteccions de línia simples poden tenir només un relé de sortida que dispara l'interruptor. En sistemes complexos amb protecció ramificada, es creen circuits lògics especials que funcionen segons un determinat algorisme.

L'eliminació definitiva de la tensió de la línia en cas d'emergència es realitza mitjançant un interruptor d'alimentació, que s'activa per la força de l'electroimant que dispara. Es subministren cadenes elèctriques especials per al seu funcionament, que poden suportar càrregues potents.Ki.