Instalații de automatizare și protecție a instalațiilor energetice

1. INSTALAŢII DE AUTOMATIZARE SI PROTECŢIE

A INSTALAŢIILOR ENERGETICE

1. Introducere

Una dintre principalele condiţii care se pun instalaţiilor electrice este aceea a siguranţei în funcţionare, adică a alimentarii continue cu energie electrică a consumatorilor.

Asigurarea funcţionarii fără întrerupere a instalaţiilor electrice are o importanta deosebita, atât datorita faptului ca urmările perturbărilor în funcţionare pot fi foarte grave, cit şi faptului ca instalaţiile electrice sunt mai expuse deranjamentelor decât alte genuri de instalaţii. Gravitatea urmărilor provine în primul rând din faptul ca instalaţiile electrice făcând parte, în general, dintr-un sistem energetic complex şi fiind legate intre ele electric un defect apărut intr-un loc deranjează funcţionarea normala a întregului sistem; în al doilea rând, gravitatea defectelor din instalaţiile electrice se datorează energiilor foarte mari care intervin în desfăşurarea lor, conducând la efecte distructive extrem de mari. Astfel, de exemplu, în cazul unui arc electric produs intr-o reţea de 110 kV, nu deosebit de puternica, şi care durează o secunda, la locul arcului se dezvolta, în mod obişnuit, o energie de ordinul a 15.000.000 J .

Rolul principal al automatizărilor şi al protecţiei prin relee folosite în electroenergetica consta în limitarea efectelor avariilor apărute şi în asigurarea alimentarii fără întrerupere cu energie electrica a consumatorilor.

Automatizarea prin protecţia cu relee este folosita de multa vreme pe scara cea mai larga în instalaţiile electrice. Ea are în general doua funcţiuni principale :

- separarea elementului avariat de restul instalaţiilor electrice şi asigurarea funcţionarii în continuare a acestora, în condiţii normale;

- sesizarea regimurilor anormale (nepermise) de funcţionare a instalaţiilor electrice şi semnalizarea lor, pentru a se preveni apariţia unor avarii.

2. Consideraţii asupra protecţiei sistemelor electrice

În sistemele electrice au loc procesele de producere, transformare, transport, distribuţie şi consum a1 energiei electrice, procese complexe şi caracterizate de prezenţa unor particularităţi specifice, care le deosebesc de procesele desfăşurate în instalaţiile din alte ramuri ale producţiei. Printre cele mai importante particularităţi se pot distinge următoarele:

a) efectele scurtcircuitelor şi în general inf1uenţa proceselor tranzitorii pot fi resimţite pe mari porţiuni ale sistemelor electrice, în fracţiuni foarte mici de timp;

b) producerea şi consumul energiei electrice se efectuează practic simultan, în prezent nefiind încă posibila asigurarea unor rezerve de energie electrica la scara necesara unui sistem electric; ca urmare, puterea produsa de agregate trebuie sa urmărească în permanenţa variaţiile puterii cerute de consumatori ;

c) orice întrerupere în a1imentarea cu energie electrica determinând mari perturbări în funcţionarea consumatorilor şi producând la pierderi grave pentru economia naţiona1a. Asigurarea continuităţii alimentarii cu energie electrica şi lichidarea cit mai rapida a defectelor din sistemele electrice pentru restabilirea unui regim normal de funcţionare a1 acestor sisteme au o importanţa primordiala;

d) sistemele electrice ocupa spaţii foarte întinse, generatoarele, staţiile de transformare şi consumatorii conectaţi prin linii în cadrul unui sistem aflându-se la distanţe de zeci sau sute de kilometri.

Particularităţile enunţate impun un grad foarte ridicat de siguranţa în funcţionarea sistemelor electrice [1,2] şi deci echiparea lor cu dispozitive de protecţie prin relee, care au rolul de a asigura în mod automat deconectarea instalaţiei electrice protejate în cazul apariţiei unui defect sau a unui regim anormal, periculos pentru instalaţie, precum şi rolul de semnalizare. Lichidarea defectelor prin acţiunea protecţiei trebuie sa se efectueze intr-un mod optim, fiind asigurate anumite performante impuse funcţionarii protecţiei.

In continuare sunt expuse considerente referitoare la aspectele cibernetice ale realizării şi funcţionarii protecţiei, la performantele impuse, la schemele structurale şi la elementele componente ale protecţiilor prin relee electronice.

Instalaţiile sistemelor electrice, protejate de dispozitivele automate de protecţie prin relee, formează un ansamblu deosebit de complex şi lichidarea în condiţii optime a defectelor apărute necesita prelucrarea extrem de rapida a unui mare număr de informaţii asupra regimurilor de funcţionare ale instalaţiilor protejate, prelucrare efectuata în stadiul actual de dispozitivele de protecţie instalate în numeroase puncte ale sistemului electric (la fiecare întrerupător a cărui declanşare este comandata automat). în prezent se tinde la prelucrarea informaţiilor cu calculatoare electronice montate în serie cu fluxul de informaţii "on-line", ceea conduce la schimbări importante în realizarea şi funcţionarea echipamentelor de protecţie. Folosirea calculatoarelor electronice pentru proiectarea şi coordonarea dispozitivelor de protecţie din diverse puncte are în prezent o mare extindere.

In funcţie de rezultatul prelucrării informaţiilor primite, dispozitivele de protecţie prin relee în conformitate cu programul introdus prin alcătuirea schemei de protecţie şi prin determinarea reglajelor elementelor componente stabilesc daca este necesara comanda declanşării întrerupătoarelor instalaţiei protejate şi, în cazul când aceasta decizie este luata, transmit comanda de declanşare. Datorita complexităţii sistemului electric protejat şi rapidităţii cu care trebuie prelucrate informaţiile şi adoptata decizia de declanşare, principiile ciberneticii iţi găsesc o importanta aplicare pentru asigurarea unei funcţionari optime a dispozitivelor de protecţie.

In ansamblul dispozitivelor de protecţie ale unei instalaţii pot fi deosebite mai multe blocuri de elemente componente; astfel, presupunând ca. instalaţia protejata este o linie de înalta tensiune, blocurile menţionate sunt reprezentate in. fig.1.1. Blocul de intrare, BI, conţine elementele de intrare care primesc de la transformatoarele de curent TC şi de tensiune TT în formaţii asupra regimului de funcţionare al liniei protejate.