Relee de protectie

Numarul functiilor integrate intr-un releu a fost extins de-a lungul timpului, in paralel cu cresterea capacitatii de procesare si stocare a informatiilor. In tabel este prezentata evolutia catorva parametri care redau aceste modificari.

Dezvoltarea releelor digitale

Releele de protectie au devenit dispozitive multifuncionale universale, numite generic IED . Functile care nu au ca scop protectia, cum ar fi masurarea, monitorizarea, controlul si automatizarea ocupa un spatiu din ce in ce mai mare in scopul si functia releului.

Protectia completa a unei instalatii din sistemul electroenergetic (transformatoare, linii) poate fi acum realizata prin utilizarea catorva asemenea relee integrate. De exemplu, protectia unui mare grup generator poate fi realizata cu doua sau trei asemenea relee, fiecare realizand aproximativ 15 functii de protectie. Folosind relee traditionale era nevoie de metri cubi de ‘cutii negre’ pentru a realize aceste functii. 

Protectiile de baza digitale au suferit numeroase teste in laboratoare precum si in situ, astfel ca ele sunt foarte bine stabilite si cunoscute. In ultimii ani ele au fost imbunatatite prin aplicarea algoritmilor inteligenti.

Oferta de functii integrate acopera practica internationala. Utilizatorul poate opta intre diverse curbe  si caracteristici ale impedantelor.

Masurarea si inregistrarea evenimentelor sunt functii standard oferite de releele mici actuale. Erori de doar 1% in cazul masurarii curentilor si tensiunii si 2% pentru puterea activa sau reactiva sunt destul de des intalnite.

Timpul de stocare al inregistrarilor erorilor este in general de mai mult de 10s cu o rezolutie de 600 pana la 2400 Hz, depinzand de tipul de releu.

Monitorizarea calitatii energiei este in general realizata de releele moderne. Inregistarea fluctuatiilor in tensiune mai mari de 10s  si a armonicelor de ordinul 5 pana la 10 este suficienta in cele mai multe cazuri. Monitorizarea regimurilor tranzitorii rapide si armonicilor inalte (pana la ordinul 50) ar necesita spatii de memorie mult mai mari. Dezvoltarea tehnologica continua si reducerea preturilor componentelor hardware vor favoriza probabil integrarea acestor functii in releele de protectie.

De-a lungul anilor a aparut o tendinta globala de combinare a functiilor de protectie si control in cadrul IED. Sfera de aplicare este data in special de retelele de distributie si de cele industriale. Aceste dispozitive universale integreaza toate functiile secundare ale unei statii cu exceptia masurarii incasarilor.

Bazandu-ne pe capacitatea proprie de monitorizare a IED moderne, intretinerea prin auto-control s-a constituit intr-un important factor de reducere a costurilor. Studiile teoretice arata ca fiabilitatea unei protectii digitale este comparabila cu cea a unei protectii analogice redundante, asigurand in acelasi timp siguranta sporita in ceea ce priveste operarea gresita. Desigur ca nici cel mai bun  concept de automonitorizare nu poate acoperi in proportie de 100% o schema de protectie. In general se recomanda intertinerea unor astfel de dispozitive o data la 5 ani, nu mai mult insa de 10 ani.

Un studiu asupra motivelor penelor de curent si asupra performantelor protectiilor a relevat faptul ca alegerea protectiilor era in general buna. Existau insa, o serie de operatii gresite efectuate asupra protectiilor de linie. Mai multa atentie ar trebui acordata setarii releelor si coordonarii acestora cu capacitatea de incarcare a grupurilor generatoare.

Studiul a mai relevat ca eliminarea rapida a defectelor, in special a celor aparute pe bare, este vitala pentru stabilitatea sistemului. Dublarea protectiei si prevederea situatiilor in care intruptoarele refuza sa declanseze sunt cruciale, in special pe barele importante  si liniile de inalta tensiune.

Document online: Evolutia pietei imobiliare in ultimii ani Document online: Descriere folii de polietilena

Pe inalta si foarte inalta tensiune, protectii redundante cu relee singulare au fost pastrate in paralel cu modificarile aparute privind introducerea de relee digitale. Relee cu principii de masurare diferite (de exemplu protectiile diferentiale si de distanta) sau relee de provenienta diferita sunt preferate. Functiile de control sunt efectuate de unitati independente aflate pe linii.

Odata cu introducerea comunicatiilor digitale din ce in ce mai multe protectii diferentiale sunt aplicate liniilor electrice aeriene pe distante de pana la 100 km lungime. Acestea garanteaza selectivitatea fazei si a zonei pentru orice tip de scurtcircuit. Folosirea acestora este avantajoasa in special in cazul configuratiilor complexe de linii. Protectiile diferentiale si de distanta sunt considerate o combinatie ideala pentru liniile de inalta tensiune. Transferul datelor prin intermediul unor retele de comunicatii necesita o planificare atenta. In aceste cazuri sincronizarea GPS ar putea fi necesara. In cazul liniilor scurte de pana la 30 km o conexiune directa back to back a releelor de la capetele liniilor este posibila in special datorita utilizarii fibrei optice.

Imbunatatirea localizarii defectelor este unul din subiectele preferate ale studiilor si articolelor recente. In cele mai multe cazuri sunt discutate metode noi si imbunatite care propun reducerea influentei factorilor cum sunt rezistenta defectului, cuplarea liniilor paralele.

Detectarea defectelor bazate pe masurarea reactantei, ca functie integrata a releelor de distanta are o precizie de aproape 1%  in conditii favorabile. Desigur ca vor aparea erori mai mari odata cu cresterea rezistentei defectului. In acest domeniu imbunatatirile vor aparea odata cu introducerea sincronizarii bazate pe GPS a achizitiilor de date si procesarii de informatii la ambele capete ale liniei.

O precizie mai mare este obtinuta prin localizarea defectelor cu ajutorul undelor calatoare. In acest caz localizarea defectelor se estimeaza prin masurarea diferentei de timp in propagarea undelor purtatoare la capetele liniei.

Folosirea filtrelor digitale si ale algoritmilor inteligenti au imbunatatit sensibil performanta protectiei diferentiale a transformatorului. Functiile integrate variaza de la suprasarcina si curent maximal la defecte de punere la pamant si supraexcitare. Controlul si monitorizarea transformatorului sunt de asemenea integrate in unele dispozitive combinate.

Unitatile cu porturi sunt conectate la o unitate centrala prin legaturi de fibra optica. Algoritmii sofisticati garanteaza atingerea independentei in cazul saturarii sistemului. O replica a izolatiei este realizata prin intermediul software-ului si poate fi adaptata la cele mai complexe configuratii de bare prin intermediul programelor de setare. Protectiile digitale cu impedanta scazuta sunt oferite chiar si in regiuni care tranditional aveau o impedanta mare, deoarece in principiu protectile de impedanta mare nu pot fi integrate prin tehnologia digitala.

O preocupare recenta o reprezinta schemele de protectie a sistemelor (SPS). Ele opereaza pe baza achizitiei de informatii din sistem si incearca sa evite caderea sistemului care poate aparea in conditiile puterii active sau reactive instabile (ca o consecinta a scaderii tensiunii sau frecventei sau pierderii sincronismului). In mod normal se incearca atingerea stabilitatii partiale a retelei prin divizarea sistemului, previziunea sarcinii si controlarea puterii generate. SPS-urile sunt menite sa functioneze in starea initiala de instabilitate, inainte de aplicarea masurilor de control a sismului. Exista o serie de SPS-uri care functioneaza in prezent in Japonia.

Tendinta actuala este de a dezvolta protectii combinate si IED-uri controlate, aceasta deoarece se impune reducerea costurilor. Reducerea conglomeratelor de cutii negre la doar un releu multifunctional economiseste atat spatiul cat si numarul de cabluri utilizate.

Panouri cu echipamente de comutatie integrate care utilizeaza transformatoare de curent si tensiune mici castiga din ce in ce mai mult teren.

Retelele traditionale urbane utilizeaza protectii diferentiale. Noile relee digitale trebuie sa se potriveasca cu cablurile existente. De aceea principiile compararii analogice de curent sunt pastrate dar upgradate la standardelele releelor digitale. Pentru conexiunile cablurilor scurte pot fi folosite relee cu comunicatii digitale.

Dezvoltarea generarii distribuite necesita reconsiderarea protectiei distributiei. In multe cazuri trecerea la relee directionale presupune comunicarea cu generatoarele distribuite. O problema in acest sens este pierderea protectiilor principale datorita faptului ca releele care functioneaza la frecventa si tensiunea traditionale sunt prea lente sau insensibile. Desi au fost propuse un numar de principii noi, aceste probleme nu au fost rezolvate.

Detectarea rapida a defectelor si imbunatatirea capacitatilor sistemului de a furniza energie de calitate devin din ce in ce mai importante. In acest scop defectele de puneri la pamant si indicatorii de scrutcircuit sunt evaluati impreuna cu calcularea distantei pana la defect. Managementul modern al defectului include automat achizitia si procesarea acestor date. Rezultatele sunt indicate intr-o forma grafica in camera de comanda.

Detectarea defectelor cu rezistenta mare (conductoare puse la pamant) a fost studiata indelung. Algoritmii propusi se bazeaza pe analiza formei de unda si recunoasterea caracteristicilor tipice ale arcului. Un studiu recent a relevat faptul ca un algoritm potrivit pentru aplicatii practice nu a fost descoperit inca in ciuda eforturilor depuse.

Controlul si protectia integrate au aprut initial la mijlocul anilor ’80 si s-au dezvoltat de atunci la solutii complete de automatizari ale statiilor. Sisteme simple pentru retelele de distributie sau industriale folosesc protectia combinata de linie, IED-uri pentru control si o unitate centrala de tip PC. Alternativ se pot folosi RTU-uri cu porturi de intrari - iesiri descentralizate. Ethernet este general acceptat ca o retea locala in substatii. Sistemele mari folosesc o unitate centrala speciala si porturi separate pentru control. La aceste porturi sunt in general conectate relee de protectie independente. Functia de control la distanta este emulata in unitatea centrala. Standarul IEC 60870-5-101 a fost intre timp adoptat pentru comunicatiile intre statie si camera de comanda. Comunicatiile directe pin cu pin intre porturi sunt de asemenea oferite. Ele sunt folosite pentru control dar nu si pentru protectie datorita timpului mare de reactie (100ms). In figura urmatoare este redata comunicatia intr-o statie automatizata.

Procesul de comunicare intr-o statie automatizata

Ultima tendinta este folosirea tehnologiei internet in cadrul retelelor Intranet sau Internet. Mai multi vanzatori ofera sisteme de automatizare cu server internet integrat. In acest mod datele achizitionate pot fi transmise cu costuri foarte mici intr-o retea Intranet si distribuita catre mai multi utilizatori. Lucrarile de mentenanta, de exemplu implementarea de noi functii, poate fi in acest caz efectuata direct in serverul central. Releele si alte dispozitive sunt in acest caz conectate la server printr-un canal de comunicatie Ethernet. Informatiile sunt adunate intr-o baza de date a serverului si pot fi accesate prin proceduri standard ASP. Exista vanzatori americani care au mers mai departe si ofera sisteme de monitorizare in care datele sunt administrate de pe propriul server al vanzatorului. Utilizatorul trebuie doar sa-si instaleze releele si dispozitivele in statii si sa le conecteze la internet prin furnizorul local. Accesul persoanelor neautorizate este restrictionat prin folosirea de parole, proceduri de autentificare si firewalls.