U pripremi ovog materijala uestvovao je student Mahir Muinbegovi.

1. NUMERIKA ZATITA

Statike i numerike zatite pripadaju istoj grupi zatita, meutim bitna razlika ogleda se u nainu obrade signala. Rad statikih zatita baziran je na analognoj obradi signala, dok je rad numerike zatite baziran na digitalnoj obradi signala. Numerika obrada signala podrazumijeva promatranje samo uzoraka signala uzimanih sa nekom frekvencijom f = 1/ t. Shodno mogunostima elektronikih struktura ovaj signal treba biti naponski, te stoga i informacija o struji, treba biti predstavljena kao napon, to se postie optereivanjem sekundara nekog ulaznog strujnog transformatora (unutar zatitnog releja, otporom odabranim tako da omogui korektnu informaciju i o najveim vrijednostima ulazne struje). Vrijednosti napona koje moe da obradi neka elektrina struktura se obino kreu u opsegu od 0 do 10 V.

Obrada signala

Postupak raunanja pojedinih harmonijskih komponenti, na bazi poznavanja vrijednosti posmatranog signala uzetih u diskretnim trenucima vremena, moe se provesti pomou Fourierovog reda. Ako se period funkcije T podijeli na 2n jednakih dijelova, blok za obradu dobija informacije o vrijednostima ulazne funkcije f(t), samo u diskretnim vremenskim trenucima:

n

kT2

,

gdje k poprima vrijednost: k = 0,1,2,...,2n. Vrijednosti funkcije u pojedinim intervalima su oznaene kao: 0f 1f 2f 3f 22 nf 12 nf

T

f(x)

t

12 nf

22 nf

0f 1f 2f

Slika 27. Uzorci ulazne funkcije

Ako se vrijednost ulazne funkcije koja odgovara trenutku n

kT2

oznai kao kf , prema slici 27, funkcija f(t) sa dovoljnom tanou, moe biti predstavljena kao:

tmbtmatbtatbtaatf mm sincos...2sin2cossincos21)( 22110 +++++++= .

Vrijednosti koeficijenata Fourierovog reda se raunaju prema sljedeim izrazima:

2

=

=

12

00

1 n

kkf

na ,

=

=

12

0cos

1 n

kkm

n

kmfn

api

,

=

=

12

0sin1

n

kkm

n

kmfn

b pi ,

gdje je m= 1,2,3...n. Nakon isteka intervala T sve vrijednosti funkcija kf su poznate, te se na osnovu gore navedenih jednaina mogu izraunati koeficijenti a i b. Koristei smjene:

20

0aA = , 22 kkk baA += i

k

kk b

aarctg= ,

dobiva se alternativni oblik Fourierovog reda:

=

++=m

kkk tAAtf

10 )sin()(

Na osnovu navedene relacije mogue je izraunati osnovne vrijednosti svih frekvencija na koje moe biti razloen signal. U sluaju jedne harmonijske frekvencije koeficijenti mAAAA ,...,, 320 su jednaki nuli, dok 1A predstavlja amplitudu tog signala. Minimalna frekvencija uzimanja uzoraka treba biti barem dva puta vea od frekvencije signala iju amplitudu raunamo. Takoe, trenuci uzimanja uzoraka ne smiju da koincidiraju sa prolascima posmatrane karakteristike kroz njenu nultu vrijednost. Na osnovu prethodnog razmatranja, jedna od moguih struktura za raunanje iznosa ulaznog signala je data slikom 28.

ANALOGNI SIGNAL ADK

ma2ma

mb2mb

22mm ba +

mA

Slika 28. Primjer raunanje harmonijskih komponenti

3

Analogno-digitalni konvertor vri pretvaranje uzetog uzorka analognog signal u njegov digitalni ekvivalent, izraen odabranim kodom. Nakon izvrene analogno-digitalne konverzije, sve potrebne daljnje obrade kao to su mnoenje, sabiranje, kvadriranje, vre se na binarnim vrijednostima, a ne na elektrinim signalima, kao to je to sluaj kod statikih zatita. Jedna od moguih shema numerike zatite je data slikom 29.

Analogni ulazni signali

MUX

S/H

ADK

DMUX

S/H

S/H

S/H

.

.

.

MEMORIJA

RAUNARSKASTRUKTURA

Slika 29. Principijelna ema numerike zatite

F

F

F

F

S/H kolo (Sample and Hold) je kondenzator male vrijednosti kapaciteta, tj. kondezator koji se nabije na vrijednost ulaznog signala i zadrava datu vrijednost do oitanja, odnosno nailaska nove vrijednosti. Izvedba S/H kola predstavljena slikom 30. sadri dva linearna integrisana pojaala sa zatvorenom negativnom povratnom spregom, prekida i kapacitet koji pamti i uva informaciju.

Izlaz

Slika 30. Tipina izvedba S/H kola

Ulaz ++

-

-

MUX i DMUX predstavljaju u osnovi preklopnik koji nam omoguava da koristei jedan ADK vrimo digitalizaciju analognih ulaznih signala sa vie analognih ulaznih kanala, pomou S/H kola, u istim trenucima vremena. Pomou DMUX-a vrimo razvstavanje digitalnog ekvivalentna, te nakon toga aljemo digitalne vrijednosti u memoriju.

4

Postoji vie izvedbi analogno-digitalnog konvertora. Jedan primjer blok strukture konvertora koji vri konverziju samo cjelobrojnih vrijednosti napona u opsegu od 0 do 9 je predstavljen slikom 31.

DIGITALNO-ANALOGNIKONVERTOR

BINARNIBROJA

MM

OSCILATOR

STOP

1202 22 32

ULAZ

MEMORIJA

KOMPARATOR

Slika 31. Blok ema analogno-digitalnog konvertora

Oscilator na svom izlazu daje niz pozitivnih i negativnih impulsa, ija je frekvencija prilagoena mogunostima ostalog dijela strukture. Ovi impulsi dolaze na ulaz binarnog brojaa. Nakon odbrojavanja devetog impulsa broja se vraa u poetno stanje, te sljedei, tj. deseti impuls odbrojava kao prvi. Broj impulsa koji su doli na ulaz brojaa se oitava na njegovim izlazima u binarnoj formi, pri emu svaki izlaz ima svoju teinsku vrijednost, koja je potencija broja 2. Vremenski dijagram datog analogno digitalnog konvertora je dat slikom 32.

12

02

22

32t

t

t

t

t

Uul

Slika 32. Vremenski dijagram signala binarnog brojaa

Primjer realizacije digitalno-analognog konvertora za sluaj etiri binarnog ulaza je dat slikom 33.

5

+

-

-10V

Izlaz

800

k8

k4

k2

k1

32

22

02

12

Slika 33. Digitalno-analogni konvertor

Kako je oko linearnog integriranog pojaala zatvorena negativna povratna sprega i poto je ulazni otpor samog pojaala vrlo visok, napon na invertujuem ulazu pojaala u odnosu na masu je reda mV, te zato struja tee samo kroz otpore koji su ukljueni kroz krug 10V. Izlazni napon je odreen odnosom povratne sprege i ukljuene kombinacije ulaznih otpora, pomnoen sa referentnim naponom 10V. Npr. ukoliko na ulazu imamo 0010 slijedi:

VVU izl 2400080010 ==

Dijagram ovisnosti izlaznog napona o ulaznom signalu dat je slikom 34.

t

Uiz

1

9

6

5

4

3

2

8

7

0001

00100011

01100101

0100

01111000

1001

Slika 34. Ovisnost digitalno-analognog konvertora o ulaznom signalu

Uloga komparatora je da vri poreenje iznosa ulaznog signala i referentnog signala sa digitalno-analognog konvertora, te u trenutku kad referentni signal dostigne vrijednost ulaznog signala, aktivira monostabilni multivibrator koji generira jedan kratkotrajni impuls. Dati impuls predstavlja nalog za oitanje stanja na izlazima binarnog brojaa i njegovo smjetanje u pripadne memorijske elij, te uspostavljanje nultog stanja na izlazima binarnog brojaa.

6

Frekvencija ulaznog signala, brzina uzimanja uzoraka i brzina analogno-digitalnog konvertora moraju biti meusobno usklaeni.

Utjecaj harmonijskih frekvencija

Pojava viih harmonijskih komponenti u signalu uzrokuje izoblienje signala, te samim tim i netano mjerenje. Npr. vrijednosti signala n-tog harmonika izmjerene u trenucima uzimanja uzoraka, lee na sinusoidi iste frekvencije kao i osnovni signal. U zavisnosti od faze datog signala, postoji mogunost sabiranja, odnosno oduzimanja sa osnovnim signalom. Da bi se eliminirao ovaj efekat vrimo filtriranje ulaznog signala, eliminirajui sve neeljene frekvencije. Uobiajen naziv za ovakav filter je antialiasing filter , odnosno filter protiv preklapanja. Frekvencija uzimanja uzoraka treba biti najmanje dva puta vea od maksimalne frekvencije u ulaznom signalu.

2. PREKOSTRUJNE ZATITE

Kao informacija o stanju elektroenergetskog sistema ili njegovih dijelova koristi se niz razliitih veliina, kao to su struja, napon, frekvencija, impedansa, temperatura ili pritisak. Najstarija i jo uvijek najee koristena veliina kao izvor informacija je struja.

Strujni releji predstavljaju osnovne ureaje strujne zatite, koji prorauju u sluaju da struja prekorai vrijednosti podeene na releju. Relej koji djeluje na porast struje naziva se prekostrujnim relejem, dok se relej koji reaguje na snienje struje naziva podstrujnim relejem. Strujni releji se mogu prikljuivati na pune iznose faznih struja ili na simetrine komponente tih struja.

Stepenovanje prekostrujnih zatita

Selektivnost djelovanja prekostrujne zatite se moe obezbjediti strujnim i vremenskim stepenovanjem. Prema vremenskoj karakteristici, prekostrujni releji se dijele na:

- trenutni prekostrujni releji, - releji sa strujno nezavisnom vremenskom karakteristikom i

- releji sa strujno zavisnom karakteristikom.

Openita blok shema prekostrujne zatite

U nastojanju da se iskoriste dobre osobine kako strujnog tako i vremenskog stepenovanja, savremene funkcije prekostrujnih zatita realizuju se prema blok shemi predtsavljenoj slici 1. U prikazanoj strukturi, komparator I >> , je podeen da djeluje na iznose struja kratkih spojeva na tienoj dionici.

7

I>>

I>

Isk.

+U

>nt

>1t

1

Slika 1. Funkcionalna blok struktura prekostrujne zatite

I > - komparator struja preoptereenja; I >> - komparator struja kratkih spojeva;

>1t , >nt - vremenski lanovi.

Trenutni prekostrujni releji

Trenutni prekostrujni releji djeluju bez vremenskog zatezanja, odnosno, im struja prekorai vrijednost podeenu na skali. Vana karakteristika prekostrujnih releja je tzv. omjer otputanja, koji je definiran sa :

pr

pov

II

a = ,

prI minimalna vrijednost struje pri kojoj relej privlai kotvu i zatvara kontakte; povI maksimalna vrijednost struje pri kojoj se otputa kotva pobuenog releja, pri smanjivanju struje.

Kvalitetni prekostrijni releji trebaju imati omjer otputanja to blii jedinici. Trenutni prekostrujni releji rijetko se primjenjuju kao samostalna zatita. Mogu da slue kao brza zatita u sluaju bliskih kratkih spojeva, kada su struje velike. Uglavnom se koriste kao elementi ostalnih zatitnih ureaja. Podruje podeavanja struje prorade ovih releja se obino kree u omjeru 1:2. Tako npr., za nominalnu vrijednost struje od 5 A, opseg podeenja je od 4,5 A do 9 A.

Prekostrujni releji sa strujno nezavisnom vremenskom karakteristikom (Maksimalni strujno nezavisni releji)

Prekostrujni relej sa strujno nezavisnom vremenskom karakteristikom e proraditi kada struja pree odreenu vrijednost, a djeluje na iskljuenje tek nakon isteka podeenog vremenskog zatezanja. Vrijeme djelovanja ne ovisi o iznosu struje koja protee kroz relej. Ovisnost vremenske zadrke o struji kvara, kod zatitnih releja sa strujno nezavisnom vremenskom karakteristikom predstavljena je na slici 2.

8

t

pII

Zona djelovanja

Slika 2. Vremenska karakteristika strujno nezavisnog releja

Kada je posmatrana struja vea od podeene struje prorade, (npr. 1,3 nI ), strujni relej e proraditi, odnosno zatvorit e svoje kontakte, te samim tim djelovati na iskljuenje, ali tek nakon isteka podeenog vremena. Vremensko zatezanje ostaje stalno, bez obzira na iznos struje. Prednost strujnog stepenovanja ogleda se u tome to relej moe da djeluje bez vremenske zadrke, tj.da titi samo onaj dio voda koji se nalazi blie izvoru napajanja. Nedostatak obezbjeenja selektivnosti se ogleda u injenici da promjena uklopnog stanja moe uzorkovati promjenu struja kratkog spoja.

Koristei releje s ovakvom karakteristikom moe se jednostavno postii selektivnost djelovanja zatite, stepenovanjem vremena djelovanja zatite od potroaa prema izvoru napajanja.

Prekostrujni releji sa strujno nezavisnom karakteristikom izvode se kao kombinacija trenutnih prekostrujnih releja u dvije ili sve tri faze i zajednikog lana za vremensko odgaanje djelovanja.

Prekostrujni releji sa strujno zavisnom karakteristikom

Prekostrujni releji sa strujno zavisnom karakteristikom se pobuuju kada struja pree odreenu vrijednost, a djeluju na iskljuenje i/ ili signalizaciju nakon vremenskog zatezanja, koje je ovisno o iznosu struje koja tee kroz relej. Trajanje vremenske zadrke se smanjuje sa poveanjem struje kvara. Ovisnost vremenske zadrke o struji kvara, kod zatitnih releja sa strujno zavisnom vremenskom karakteristikom predstavljana je na slici 3.

9

t

pII

Zona djelovanja

Slika 3. Vremenska karakteristika strujno zavisnog releja

Po IEC ( International Electrotechical Committee ) standardu, vrijeme djelovanja releja sa strujno zavisnom karakteristikom definie se kao :

p

p

T

II

kt

1

=

gdje je : t vremensko kanjenje; I vrijednost ulazne veliine; k, koeficijenti; pT faktor mnoenja (izraen u sekundama), koji moemo birati po potrebi;

Ip podeena vrijednost struje.

Krivu koja definira vremensku zadrku pri odreenoj ulaznoj struji bira korisnik izborom vrijednosti koeficijenta pT . Navedeni izraz vrijedi samo za sluaj pII > , jer se za vrijednosti struje manje od pI relej ne pobuuje.

U ovisnosti o tome da li vrijeme djelovanja manje ili vie zavisi od iznosa struje ovi se releji dijele na:

- releje sa normalno zavisnom vremenskom karakteristikom ( = 0.02 k = 0.14 ); - releje sa vrlo zavisnom vremenskom karakteristikom ( =1.0 k = 13.5 ); - releje sa ekstremno zavisnom karakteristikom ( =2.0 k = 80 ); - releje sa dugo zavisnom karakteristikom ( =1.0 k = 120 ).

Releji sa normalno zavisnom vremenskom karakteristikom upotrebljavaju se mnogo u angloamerikim zemljama za zatitu radijalnih vodova sa mnogo podstanica.

Releji sa vrlo zavisnom vremenskom karakteristikom podobni su za zatitu vodova na kojima struja kvara brzo opada sa udaljavanjem mjesta kvara od izvora napajanja.

Releji sa ekstremno zavisnom karakteristikom podobni su za zatitu distributivnih odvoda koji su podvrgnuti jakim strujama ukljuenja pojedinih potroaa, jer omoguavaju relativno dugo vrijeme djelovanja kod udaraca, a vrlo brzo djelovanje kod velikih struja kratkog spoja.

10

Prema IEEE i ANSI standardima definira se ukupno 8 tipova strujno - zavisnih vremenskih karakteristika:

- normalno strujno zavisna vremenska karakteristika

D

II

t

p

+

= 17966.0

1

9341.80938.2

,

- kratko strujno zavisna vremenska karakteristika

D

II

t

p

+

= 03393.0

1

2663.02969.1

,

- dugo strujno zavisna vremenska karakteristika

D

II

t

p

+

= 18592.2

1

6143.5

- blago strujno zavisna vremenska karakteristika

D

II

t

p

+

= 0288.0

1

0103.002.0

- vrlo strujno zavisna vremenska karakteristika

D

II

t

p

+

= 0982.0

1

922.32

- ekstremno strujno zavisna vremenska karakteristika

11

D

II

t

p

+

= 02434.0

1

64.52

- konano strujno zavisna vremenska karakteristika

D

II

t

p

+

= 21359.0

1

1797.05625.1

- TI 2 vremenska karakteristika

214.107.50

+=

pII

Dt

Da bi se izvrilo pravilno podeenje zatite, potrebno je tano poznavanje struja kratkog spoja. Na osnovu poznatih karakteristika releja i struja kratkog spoja na mjestu ugradnje, vri se podeavanje vremena, tako da se kod kvara na bilo kojem mjestu osigura selektivnost djelovanja. Iako ovi releji omoguavaju bre eliminiranje kvarova, oni nisu najpraktiniji za upotrebu, kako zbog sloenijeg podeavanja tako i zbog potrebe poznavanja tanih vrijednosti struja kratkog spoja. Prekostrujni releji sa strujno zavisnom vremenskom karakteristikom mogu se koristiti u jako razvijenim mreama, kod kojih se struje kratkih spojeva praktino ne mijenjaju u ovisnosti o broju izvora i ukupnom stanju mree.

3. STRUJNA ZATITA GENERATORA

Zemljospojna zatita statora

Proboj izolacije statorskog namotaja prema uzemljenim dijelovima odnosno aktivnom eljezu statora je dosta est kvar u pogonu generatora. Do proboja dolazi zbog mehanikog oteenja izolacije kod izrade, montae ili remonta generatora, zbog mehanikog naprezanja i oteenja izazvanih vibracijama namotaja ili statorskih limova, zbog starenja izolacije i prokomjernog naprezanja atmosferskim ili pogonskim prenaponima. Na slici 4. prikazan je generator sa izoliranim zvjezditem i sa zemljospojem na udaljenosti .

12

C1

R S TUR

UTUS

IZ

IRIT

IS

Slika 4. Generator s izoliranim zvjezditem

Zemljospojna struja moe se zatvarati samo preko kapaciteta C generatora i prikljuene mree prema zemlji. Prije proboja izolacije na mjestu kvara bio je napon fU . Kod proboja napon pada na nulu, a zvjezdite generatora dobija napon fU prema zemlji. Metodom simetrinih komponenti moe se ovaj napon rastaviti na direktnu, inverznu komponentu (koja je u ovom sluaju jednaka nulu) i na nultu komponentu. Zbog kapacitivnog otpora, struje prednjae naponima za 90 stepeni. Kroz mjesto kvara tee suma svih struja:

dRZ UCjI 13= . Struja kvara je direktno proporcionalna kapacitetu i udaljenosti mjesta kvara od zvjezdita generatora. Za 1= , tj. zemljospoj na stezaljkama generatora, struja je maksimalna. U sluaju zemljospoja na namotaju pojavljuju se velike struje jednopolnog kratkog spoja. Kapacitet C1 sadri u sebi kapacitet generatorskog namotaja, kapacitet spojnih vodova od generatora do transformatora i kapacitet transformatora prema zemlji.

Ako je generator uzemljen preko otpora ima se sluaj kao na slici 5.

R TSC1

IZ

R

Slika 5. Tok struja kod zemljospoja statorskog namotaja

13

Ukupna struja zemljospojau tom sluaju iznosi:

+= 13

1 CjR

UI fz

Moe se primjetiti da vei kapacitet namotaja i objekata prikljuenih na generator, e izazvati veu kapacitivnu struju zemljospoja. Zvjezdite generatora je veinom izolirano ili uzemljeno preko visokih vrijednosti otpora, tako da se struje zemljospoja dre u granicama relativno neopasnim za generator. Struja zemljospoja nastoji se drati unutar odreenih granica, 10 - 20 A. Ako se kvar pojavi na stezaljkama generatora ili u njegovoj blizini, struja nije tako velika da bi u kratkom vremenu izazvala oteenje generatora. S druge strane, kod zemljospoja u blizini zvjezdita postie se struja dovoljna za sigurno djelovanje zemljospojne zatite. Kao kriterij za djelovanje zatite moe se uzeti pojava napona zvjezdita i /ili pojava struje zemljospoja. Osjetljivost zemljospojne zatite generatora ograniena je utjecajem zemljospojeva u mrei visokog napona. Zbog kapaciteta primarnog i sekundarnog namotaja bloka transformatora, zemljospojevi u VN mrei izazivaju pojavu nultog napona u zvjezditu generatora, koji moe izazvati nepotrebno djelovanje zatite. Zbog toga se ovoj zatiti namjerno ''smanjuje'' osjetljivost i podeava se da titi 90% - 95% statorskog namota.

Zatita od struja kratkih spojeva u mrei

U sluaju pojave kratkog spoja na sabirnicama elektrane ili u napojnoj mrei generator proizvodi struju kratkog spoja, koja moe biti znatno vea od struje preoptereenja. U koliko zataje dalekovodne zatite kod kvara u mrei, ili ako se pojavi kratki spoj na sabirnicama, potrebno je brzo iskljuenje generatora. Da bi se omoguilo selektivno djelovanje stepenovanjem zatitnih ureaja u mrei, vremensko zatezanje djelovanja treba da je za vremenski stepen iznad vremena djelovanja dalekovodnih zatita na sabirnicama elektrane. Ovo vrijeme iznosi od 2 do 4 sekunde. Prekostrujna releji sa strujno nezavisnom vremenskom karakteristikom prikljuuju se, prema slici 6., na strujne transformatore u zvjezditu generatora.

Slika 6. Prekostrujna zatita generatora

-

+

IT> T-

IS >IR >

IIZ

G

14

Ova zatita predstavlja i rezervnu zatitu u sluaju kvara u generatoru i zatezanja osnovnih zatita. Proradna struja zatita u sluaju da postoji termika zatita od preoptereenja, podeava se prema izrazu:

apIkkIi

pSPSpr

max

gdje je: maxpI maksimalna struja preoptereenja kod koje ne elimo da zatita iskljui generator; sk koeficijent sigurnosti (1.05 do 1.1); a omjer otputanja releja; spI koefijent spoja.

Da bi zatita predstavljala rezervu za sluaj zatajenja dalekovodnih zatita, proradna struja treba da je manja od minimalne struje kratkog spoja na kraju rezervne zone tienja. Prema ovom uslovu struja treba biti:

kpII

i os

kpr

min

gdje je: minkI minimalna vrijednost struje kratkog spoja (dvopolni ili jednopolni kratki spoj); osk koeficijent osjetljivosti koji treba da je vei od 1.5 kod kvara na kraju osnovne zone tienja (sabirnice), i vei od 1.2 kod kvara na kraju rezervne zone. Problem ispravnog podeavanja zatite pojavljuje se ukoliko su na sabirnice elektrane prikljueni vrlo dugi vodovi. Ako se proradna struja podesi na suvie malu vrijednost postoji opasnost da zatita djeluje nepotrebno kod preoptereenja, a ukoliko se podesi na preveliku vrijednost, postoji opasnost da zatita ne djeluje kod minimalnih struja kvara i zatajenja dalekovodnih zatita. Da bi se sprijeilo nepotrebno djelovanje kod preoptereenja, ako je proradna struja podeena nisko (npr. 1,05 nI ) moe se primijeniti prekostrujna zatita sa podnaponskim relejem. Prekostrujna zatita predstavlja rezervnu zatitu za sluaj kvarova u generatoru i blokovskom transformatoru ili u sluaju zatajenja diferencijalne zatite. Nedovoljna osjetljivost prekostrujne zatite kod kvarova na kraju dugih vodova, kao i relativno veliko vremensko zatezanje djelovanja, doveli su primjene brzih distantnih releja kao vida zatite od struja vanjskih kratkih spojeva.

Zatita od nesimetrinih optereenja generatora

Pri pojavi kratkih spojeva u mrei, mogu biti generirne znatne nesimetrine struje kratkog spoja. Ovako jaka nesimetrina optereenja iskljuuju dovoljno brzo dalekovodne zatite od kratkih spojeva. U sluaju zatajenja dalekovodnih zatita, generator iskljuuje prekostrujna zatita. Dugotrajnija nesimetrina optereenja mogu se pojaviti kod prekida jednog vodia kojim se prenosi elektrina energija iz elektrane, ukoliko takav prekid nije praen padom vodia na zemlju, npr. pregaranje strujnih mostova.

15

Na slici 7 prikazan je sluaj nesimetrinog optereenja generatora kod dvopolnog kratkog spoja ili kod prekida faze T.

IR

IS

IT

IS

IR

ITT

S

R

Slika 7. Struje kod nesimetrinog optereenja generatora

Kada bi generator bio prikljuen na sabirnice, u fazama R i S tekle bi struje meusobno pomaknute za 180 stepeni. Rastavljanjem na simetrine komponente dobija se struja direktne i inverzne komponente jednaka:

33SR

idII

II === .

Ako je transformator spojen u spoj Yd5, struje na generatorskoj strani su: ''

2 TSR

id IIIII ==== .

Jednopolni kratki spoj je predstavljen na slici 8. Kada bi generator bio prikljuen direktno na mreu, struja bi tekla samo kroz fazu R, a ukoliko je spojen preko transformatora, struja se dijeli na fazu R i T generatora. Rastavljanjem na simetrine komponente, dobija se u prvom sluaju direktan, inverzan i nulti sistem struja, a u drugom sluaju direktan i inverzan sistem:

'

RI

'

TI

RI

Slika 8. Nesimetrino optereenje generatora kod jednopolnog kratkog spoja ili prekida dviju faza

16

33

''

TRid

IIII === ,

30R

dI

IIiI === .

Dakle, kod nesimetrinog optereenja u svim sluajevima pojavljuje se inverzan sistem struja. On proizvodi inverzno obrtno magnetno polje, koje rotira sinhronom brzinom u smjeru obrnutom od smijera rotora. Ovo inverzno polje inducira u rotoru struje dvostruke frekvencije koje mogu da izazovu visoka zagrijavanja i oteenja rotora.

Generatori su u stanjutrajno izdrati relativno malo, nesimetrino optereenje. Ovo optereenje je dato koeficijentom:

n

idoz

II

K 02 = ,

pri emu 2K znatno varira u ovisnosti od izvedbe, veliine i naina hlaenja rotora. Vrijednost 2K iznosi 0.05 kod vrlo velikih generatora, dok se prosjena vrijednost kree od 0.10 , odnosno 0.15 do 0.3.

Dozvoljena vrijednost inverzne komponente struje, iI , odreena je toplinom koju ova struja proizvodi u rotoru. Odnos inverzne struje i dozvoljenog vremen trajanja dat je izrazom:

( )stII

Kng

i

2

1

= .

Faktor 1K zavisi od vrste i izvedbe generatora. Kako zatita ne bi djelovala nepotrebno kod nesimetrinih kratkih spojeva u mrei, potrebno je da djeluje s vremenskim zatezanjem. Kod releja sa strujno nezavisnom karakteristikom poeljno je da zatita bude dvostepena. Prvi stepen, podeen na maksimalnu, trajno dozvoljenu inverznu struju (8- 10%), moe da djeluje kao signalizacija. Drugi stepen, koji je podeen na veu vrijednost, djeluje na iskljuenje. Svaki stepen ima svoj vremenski lan podesiv u dovoljnim granicama. Vremensko podeavanje odreuje se na osnovu koeficijenta

1K kao:

21

n

i

II

Kt .

Bolje prilagoenje visokim zahtjevima kod zatite velikih transformatora omoguava statika zatita sa strujno zavisnom karakteristikom, odnosno, sa karakteristikom termikog prekostrujnog releja prikljuenog na inverznu komponentu struje i prilagoenog termikim parametrima rotora. Releji se izvode tako da se pomou podeenja karakteristinih konstanti postigne sigurno tienje, uz maksimalno iskoritenje toplinskog kapaciteta rotora.

17

4. STRUJNA ZATITA TRANSFORMATORA

Zatita od proboja izolacije prema uzemljenim dijelovima

Kod transformatora sa zvjezditem uzemljenim preko otpora za ogranienje struje jednopolnog kratkog spoja, diferencijalna zatita titi samo manji dio namotaja od proboja prema masi transformatora. To je naroito sluaj kod transformatora velikih snaga, kod kojih su i proradne struje diferencijalne zatite dosta velike (npr. reda 400A), a struja jednopolnog kratkog spoja ograniena na relativno niske vrijednosti ( I MAXK1 = 300 A 1000 A). U takvim sluajevima poeljna je posebna zemljospojna zatita transformatora koja se moe izvesti uporeivanjem struje nulte komponenete prema slici 9.

i

R

S

T

p

K2K1R

P

Slika 9. Zemljospojna zatita transformatora

Isk

U sluaju zemljospoja u mrei K 2 , razlika struja je jednaka nuli, dok kod kvara u transformatoru , K 1 , kroz relej tee suma struje koju daje transformator i struje koja dolazi iz mree. Proradna struja podeava se iznad struje nebalansa, koja se javlja kod vanjskih kratkih spojeva (2 % 10% nI ). Struja nulte komponente moe se sa strane izvoda transformatora dobiti i prikljukom na povratni vod od meutransformatora za diferencijalnu zatitu.

Trenutna prekostrujna zatita

Kod malih transformatora, gdje se ne isplati ugradnja skupe prekostrujne zatite (100 kVA do nekoliko MVA), zvjezdite mree je izolovano ili kompenzirano tako da kotlovska zatita nije efikasna, moe se primijeniti trenutna prekostrujna zatita prikljuena sa strane napajanja, prema slici 10.

18

I>

iz

iz

K1K2

+

K3

Slika 10. Trenutna prekostrujna zatita transformatora

Zatita treba da je podeena tako, da djeluje kod kratkih spojeva na primarnoj strani K1 , (npr. proboj kabla, kratki spoj na dovodima ili stezaljkama transformatora, i kod kvara na transformatoru, tj. na mjestu K 2 ). Da zatita ne bi djelovala nepotrebno, na odvodima nieg napona, K 3 , potrebno je da proradna struja releja bude vea od struje kratkog spoja za sluaj kvara na sabirnicama nieg napona, tj. na proradnu struju :

i

kspr p

IkI max= ,

gdje je: sk koeficijent sigurnosti (1.2 1.5, u ovisnosti o poznavanju struje kratkog spoja); maxkI maksimalna mogua struja kratkog spoja, kod kvara na sabirnicama nieg napona.

Budui da zatita ne djeluje bez vremenskog zatezanja, mjeroditorna je poetna vrijednost struje kratkog spoja. Ova zatita izvodi se obino kao kombinacija prekostrujne zatite sa strujno nezavisnom vremenskom karakteristikom, i dodatnih lanova za trenutno djelovanje, kod struja reda (8 16) nI . Kod manjih transformatora mogu se primijeniti i primarni osigurai umjesto sekundarnih releja, a kod sasvim malih transformatora primjenjuju se visokonaponski osigurai.

Zatita od struja vanjskih kratkih spojeva

Kao zatita od velikih struja kratkih spojeva u napajanoj mrei, koje teku preko transformatora, slui prekostrujna zatita. Ona je istovremeno i rezervna zatita za sluaj unutranjih kvarova u transformatoru i zatajenja drugih brzih zatita. Zatita od tako velikih struja ne moe se prepustiti termikoj zatiti zbog njene tromosti. U ovisnosti od ku transformatora, struja kratkog spoja moe da varira od priblino (8 25) kI . Kod tako velikih

19

struja, zagrijava se praktiki samo namotaj, to zahtjeva brzo iskljuenje transformatora iz pogona. Prekostrujna zatita izvodi se u pravilu trofazno, bez obzira na nain uzemljenja zvjezdita. Kod dvonamotajnih transformatora obino je dovoljna ugradnja sa strane vieg napona, ukoliko transformator sam napaja odreeno podruje. U sluaju da postoji paralelno napajanje, potrebni su prekostrujni releji na obje strane transformatora, to je preporuljivo iz sigurnosnih razloga. Pri tome, treba voditi rauna da su zatitni lanci sasvim nezavisni, (posebni izvori za napajanje releja i iskljuenje prekidaa). Kod tronamotajnih transformatora, prekostrujna zatita ugrauje se na tri grupe namotaja i djeluje na iskljuenje pripadajueg prekidaa.

Proradna struja zatite odabire se iz uslova da zatita ne djeluje nepotrebno kod preoptereenja, a da siguno djeluje za sluaj kratkog spoja u svojoj osnovnoj i rezervnoj zoni djelovanja. Proradna struja odreuje se preme relaciji:

apIkkI

i

pogSPSpr

max ,

gdje je: I pogmax maksimalna pogonska struja kod koje ne elimo da zatita djeluje; a omjer otputanja releja; k S koeficijent sigurnosti; k SP koeficijent spoja zatite; pi prenosni odnos strujnih transformatora.

Da bi zatita sigurno djelovala u svojoj osnovnoj i rezervnoj zoni potrebno je da bude zadovoljen uslov:

kpII

i os

kpr

min ,

pri emu, koeficijent osjetljivosti osk , treba da bude vei od 1.5 kod kratkog spoja na kraju osnovne zone (sabirnice), vei od 1.2 kod kvara na kraju rezervne zone djelovanja (na kraju najdueg dalekovoda). minkI je minimalna vrijednost struje kratkog spoja (dvopolni ili jednopolni kratki spoj na kraju zone tienja).

Vremensko zatezanje djelovanja odabire se za vremenski stepen od 0.4 s do 0.6 s iznad djelovanja zatita dalekovoda prikljuenih na sabirnice, koje napajaju tieni transformator. Pri tome treba voditi rauna da trajanje struje kratkog spoja bude manje od maksimalno dozvoljenog. Kod transformatora sa zvjezditem uzemljenim preko otpornika za ogranienje struje jednopolnog kratkog spoja normalna prekostrujna zatita je nedovoljno osjetljiva, naroito kod transformatora veih nominalnih snaga i srednjih napona (10 i 20 kV ). U tom sluaju treba pored prekostrujne zatite predvidjeti i osjetljivu zatitu nulte komponente struje, podeene na 0.2 nI . Osnovni nedostatak prekostrujne zatite transformatora je relativno dugo potrebno vremensko zatezanje djelovanja, u cilju postizanja selektivnosti sa dalekovodnim zatitama. U sluaju prikljuka dugih vodova na sabirnice nieg napona, moe doi u pitanje i mogunost postizanje dovoljne osjetljivosti prekostrujne zatite. Kod velikih transformatorskih stanica sa

20

velikim jedininim snagama transformatora, kratki spojevi na sabirnicama eliminiraju se na taj nain vrlo sporo (2 - 4 s) djelovanjem prekostrujne zatite. U sluaju kratkog spoja u transformatoru ili njegovim izvodima, i zatajenja diferencijalne zatite, prekostrujna zatita predstavlja rezervnu, ali suvie sporu zatitu. Zbog toga je kod velikih transformatora preporuljiva i primjena distantne zatite.

5. ZATITA ELEKTRINIH MREA PREKOSTRUJNOM ZATITOM

Prekostrujna zatita je najjednostavnija i najee primjenjivana zatita u srednjenaponskim mreama. Primjenjuje se uspjeno u mreama sa radijalnim (zrakastim) napajanjem. U veini evropskih zemalja primjenjuje se uglavnom zatita sa strujno nezavisnom karakteristikom, dok se u anglo-amerikim zemljama primjenjuje vie zatita sa strujno zavisnom (inverznom) karakteristikom. Selektivnost prekostrujnih zatita sa strujno nezavisnom karakteristikom postie se vremenskim stepenovanjem, od krajnje take mree prema izvoru napajanja. Potreban selektivni interval (vremenska stepenica) zavisi od vrste i izvedbe releja, naroito njegovog vremenskog lana. Kod primjene primarnih okidaa i releja uzima se 0.6 s - 0.8 s, a kod dobrih elektromehanikih releja 0.4 s - 0.6 s. Kod preciznih statikih releja mogue su vremenske stepenice 0.25 s - 0.4 s. Na slici 11, prikazan je primjer vremenskog stepenovanja prekostrujne zatite u mrei s radijalnim napajanjem.

0.3

0.9

0.6

0.6

1.2

0.3

0.3

0.6

0.9

1.5

1.8 110kV

35kV

Slika 11. Vremensko stepenovanje prekostrujne zatite

Zatita i prekida

Prednost ovakve zatite ogleda se u njenoj jednostavnosti, sigurnosti i rezervnom djelovanju. Nedostatak je relativno sporo djelovanje kod kvarova u blizini izvora napajanja, naroito ako na radijalnom vodu ima vie podstanica.

Kod vremenskog podeenja potrebno je provjeriti da li je dato vremensko zatezanje vee od maksimalno dozvoljenog trajanje struje kratkog spoja, odreenog zagrijavanjem vodia.

Termiko naprezanje vodia zbog struje kratkih spojeva ovisi o iznosu i trajanju struje. Poto do kratkih spojeva dolazi rijetko, dozvoljavaju se znatno vee granine temperature nego u normalnom pogonu. One su odreene granicom rasvravanja materijala vodia, opasnou

21

od trajanja lotanih mjesta i maksimalno dozvoljenom temperaturom s obzirom na vrstu izolacije kablova. Vrijednosti maksimalno dozvoljene temperature kod kratkog spoja, definirane su standardima i preporukama proizvoaa opreme:

- za gole Cu vodie 200 Co ; - za gole Al vodie 180 Co ; - za mehaniku napregnutu Cu uad dalekovoda 170 Co ; - Al-e uad dalekovoda 160 Co ; - aluminijska uad vodova 130 Co ; - kablovi do 6kV 160 Co ; - kablovi 10-20kV 140 Co ; - kablovi iznad 20kV 120 Co .

U vrijeme trajanja kratkog spoja, na osnovu poznatih termikih i elektrinih karakteristika vodia, zadane poetne i konane temperature, izraunavanje dozvoljenog trajanja odreene struje kratkog spoja vrimo pomou relacije:

tIkS k= , gdje je: S presjek vodia ( )2mm ; k koeficijent u kojem su sadrane elektrine i termike karakteristike te zadana temperaturna razlika; kI efektivna vrijednost struje kratkog spoja (kA); t vrijeme djelovanja struje kratkog spoja (s).

Proradna struja zatite odreuje se iz uslova da zatita ne djeluje nepotrebno kod maksimalne pogonske struje:

apIkkI

i

pSPSpr

max ,

gdje je: sk koeficijent sigurnosti (1.1 1.2); spk koeficijent spoja releja na strujne transfrmatore;

a- omjer otputanja releja (0.85 0.95); ip prenosni odnos strujnih transformatora.

Proradna struja sa druge strane mora biti manja od minimalne vrijednosti struje kratkog spoja kod kvara na kraju osnovne i rezervne zone djelovanja. Osjetljivost zatite definira se koeficijentom osjetljivosti:

ios

kos pk

Ik min= .

On treba da je vei od 1.5 kod kvara na kraju osnovne zone, a vei od 1.2 kod kvara na kraju rezervne zone djelovanja. Prema ovom uslovu, proradna struja zatite treba da je:

kpII

i os

kpr

min ,

22

gdje je: kI minimalna vrijednost struje kratkog spoja (dvopolni ili jednopolni kratki spoj) kod kvara na kraju osnovne i rezervne zone djelovanja, uzimajui u obzir i najnepovoljnije ukupno stanje mree.

U mreama sa izolovanim zvjezditem ili zvjezditem uzemljenim preko Petersenove prigunice dovoljno je da prekostrujni releji budu ugraeni u dvije faze (obino R i T), slika 12 . Za ispravno djelovanje zatite potrebno je da releji budu postavljeni u istim fazama.

IR > IT> T

+

-

Slika 12. Prekostrujna zatita u dvije faze

IZ

U mreama sa direktno uzemljenim zvjezditem, kod kojih su struje jednopolnih kratkih spojeva znatno vee od maksimalnih pogonskih struja, primjenjuju se prekostrujni releji u sve tri faze i zajedniki vremenski lan (slika 13).

IT> T

+

-

Slika 13. Trofazna prekostrujna zatita

IZIS >IR >

U mreama sa zvjezditem uzemljenim preko malog otpora, maksimalna vrijednost struje jednopolnog kratkog spoja ograniena je na umjereno visoke vrijednosti (300 A - 1000 A).

23

Izvedba zatite ovisi o minimalnoj vrijednosti struje jednopolnog kratkog spoja na kraju rezervne zone djelovanja. Ako je ona dovoljno vea od maksimalne pogonske struje, moe se primjeniti trofazna prekostrujna zatita, kao kod mree sa kruto uzemljenim zvjezditem. Ako je minimalna vrijednost struje na kraju rezervne zone manja od maksimalne struje optereenja (npr. 60 A do 300 A), mora se primijeniti dodatna zatita od kvarova sa zemljom. Za zatitu od viepolnih kratkih spojeva primjenjuje se dvopolna ili tropolna prekostrujna zatita, dok se zatita od jednopolnih kvarova izvodi s prekostrujnim relejem prikljuenim na nultu komponentu struje. Isti se moe prikljuiti na sumarni spoj triju strujnih transformatora ili na kablovski obuhvatni transformator, ako se radi o kablovskim izvodima. U oba sluaja poeljna je to manja vlastita potronja releja (0.1 do 0.5 VA kod nominalno podeenja releja ). Proradna struja treba da je reda (0.2 A 0.4) nI strujnih transformatora. Na slici 14. prikazan je spoj takve zatite.

IR > IS > 3io >IT >

t

+

RST

pi

iR iS iT 3ioIZ

Slika 14. Prekostrujna zatita u sluaju uzemljenja zvjezdita mree preko malog otpora

-

Proradna struja homopolarnog lana uslovljena je traenim koeficijentom osjetljivosti zatite:

kpII

i os

kpr

min)1(

gdje je: min)1(kI minimalna struja jednopolnog kratkog spoja kod kvara na kraju osnovne ili rezervne zone djelovanja; osk koeficijent osjetljivosti (vei od 1,4 kod kvara na kraju osnovne, a vei od 1.2 kod kvara na kraju rezervne zone djelovanja); ip prenosni odnos strujnih transformatora.

Homopolarna zatita moe imati vlastiti vremenski lan ili zajedniki sa zatitom od meufaznih kratkih spojeva. Osnovni nedostatak prekostrujne zatite je veliko vrijeme djelovanja kod kvarova u blizini izvora napajanja. Ako je ekvivalentan otpor izvora dosta malen u odnosu na otpor tiene mree, tj. ako struja kvara dosta opada sa udaljavanjem od izvora napajanja, ovaj nedostatak se moe izbjei primjenom trenutne prekostrujne zatite, podeene tako da djeluje samo kod kvarova u blizini mjesta ugradnje releja. Na slici 15. prikazane su vremenske karakteristike takve kombinovane zatite.

24

A B C D

L(km)

tdj (s)

1

3

2

I >

I >

I >> I >>

Slika 15. Vremenske karakteristike kombinovane prekostrujne zatite sa trenutnim lanom

Proradna struja trenutnog lana mora biti vea od maksimalne vrijednosti struje kratkog spoja na susjednim sabirnicama, tj.

i

BksApr p

Iki (max))( .

Vrijednost koeficijenta sigurnosti ovisi o poznavanju tane vrijednosti maxkI . Pomou trenutnog lana moe se postii znaajan efekat, primjenom ove zatite na primarnoj strani transformatora, jer omoguava nezavisno stepenovanje u mrei vieg i nieg vremenskog napona. Na slici prikazan je takav primjer.

Primjenom trenutnog releja na transformatoru u stanici B omogueno je nezavisno podeavanje zatita u mrei 10 i 35 kV. Jasno je da treba provjeriti nee li relej u stanici A, na odvodu B, biti osjetljiv i na kvarove na sabirnicama10 kV stanice B.

FD

GE

A

B

C 10kV

35kV

Slika 16. Primjer stepenovanja prekostrujne zatite mree

1.2 s

0.6 s 0.3 s

0.6 s

0.9 s

1.2 s

1.5 s

1.5 s 1.2 s

1.5 s 1.2 s

1.8 s

2.1 s

0.1 s

0.1 s

25

Brzo eliminiranje kratkih spojeva moe se postii i odgovarajuim oblikom srednjenaponske mree i smanjivanjem broja potrebnih vremenskih stepenica. Ako se mrea gradi radijalno, a u podstanicama se umjesto uinskih prekidaa i prekostrujnih releja ugrade samo uinski rastavljai, bez zatitnih ureaja, moe se postii trenutno iskljuenje za kvarove na bilo kojem mjestu u mrei. Kratke spojeve u mrei niskog napona (0.4 kV) eliminiraju osigurai ili prekidai na niskonaponskim odvodima, odnosno u rezervnom stepenu visokonaponski osigurai ili zatita transformatora. Prekostrujna zatita sa vremenski nezavisnom karakteristikom ima prednost u mreama gdje su struje kratkog spoja umjereno visoke i mogu znatno varirati po iznosu i uvrtenju izvora napajanja. Kod jako razvijenih i koncentrisanih mrea struje kratkog spoja su vrlo visoke, a u mreama srednjeg napona praktiki ne variraju sa promjenom uklopnog stanja u mrei vieg napona. U tom sluaju se sabirnice mogu smatrati sabirnicama beskonane snage, tako da iznos struje kratkog spoja zavisi samo o udaljenosti mjesta kvara od sabirnica. U takvim sluajevima mogu se uspjeno koristiti releji sa strujno-zavisnom vremenskom karakteristikom.

Da bi se izvrilo pravilno podeenje zatite potrebno je tano poznavanje struje kratkog spoja. Na osnovu poznatih karakteristika releja i struja kratkog spoja, na mjestu ugradnje vri se i vremensko podeavanje, tako da se kod kvara na bilo kojem mjestu u mrei osigurava potreban vremenski stepen, tj. selektivnost djelovanja. Prednost primjene releja sa strujno zavisnom karakteristikom ogleda se u postizanju bre eliminicije kvarova. Nedostatak je u relativno sloenom stepenovanju i podeavanju releja. Za stepenovanje je potrebno poznavanje tanih vrijednosti struje kratkog spoja. Ukoliko se ove vrijednosti promjene moe doi do selektivnog ili presporog djelovanja zatite. Zatita kablovskih, radijalnih srednjenaponskih mrea izvodi se slino zatiti zranih (nadzemnih) mrea. Da bi se smanjilo djelovanje zatite kod bliskih kratkih spojeva poeljno je da prekostrujna zatita na izvodima iz stanica ima i trenutni lan. Ako je presjek kablova premalen i ako postoji mogunost pojave preoptereenja kablova, npr. paralelni kablovi, te ispad jednog od njih, treba primijeniti i termiki prekostrujni relej, kao zatitu od preoptereenja, sa vremenskom konstantom neto manjom od vremenske konstante zagrijavanja kabla. U sluaju da se ne raspolae podacima o ovim konstantama, moe se orijentaciono uzeti da vremenska konstanta za kablove iznosi (30 60) min. Poeljno je da se izvede signalizacija preoptereenja, kako bi se pravovremeno izvrila redukcija optereenja, te na taj nain sprijeio kaskadni ispad svih kablova koji paralelno napajaju konzum.

Zatita od jednopolnih kratkih spojeva izvodi se dvojako. Ako duine i broj kablova prikljuenih na odvodima nisu veliki, primjenjuje se osjetljiva prekostrujna zatita, prikljuena na nultu komponentu struje, kao i kod nadzemnih vodova. Ako je kablovska mrea vrlo razgranata, pojavljuju se kod jednopolnog kratkog spoja na jednom vodu velike kapacitivne struje i na zdravim vodovima, to bi moglo dovesti do nepotrebnog djelovanja zatite na zdravim vodovima. U tome sluaju zatita se moe izvesti pomou usmjerenih releja, prikljuenih na nultu komponentu snage. Strujni svitak releja prikljuuje se, u tom sluaju, na nultu komponentu struje ( npr. kablovski obuhvatni transformator), a naponski svitak na nultu komponentu napona.

Kao zakljuak moe se rei da, pri zatiti elektrinih mrea prekostrujnom zatitom, primjenjuje se obino prekostrujna zatita sa strujno nezavisnom karakteristikom. Pri podeavanju vremenskog zatezanja, potrebno je poznavati strukturu mree, ali i karakteristike

26

vodia. Postoje situacije kada primjenom prekostrujne zatite nije mogue ostvariti selektivnost djelovanja zatite, te se prelazi na upotrebu usmjerene prekostrujne zatite.

6. USMJERENA PREKOSTRUJNA ZATITA

U nekim sluajevima nije mogue postii selektivnost prekostrujne zatite stepenastim podeavanjem vremenske zadrke, npr. u mreama sa dvostranim napajanjem, ili u sloenim mreama sa jednim ili vie izvora napajanja. Radi ilustracije posmatrajmo jednostavan primjer radijalne mree sa dvostranim napajanjem na slici 17.

A BC

1 2 3 4

Slika 17. Dvostrano napajana radijalna mrea

2K1K1G 2G

U sluaju kratkog spoja, npr. 1K , potrebno je izvriti selektivno iskljuenje oteenog dijela AB, odnosno, potrebno je da vremenske zadrke zadovoljavaju uslov:

32 tt < i 42 tt < Napomena: 4321 ,,, tttt su vremenske zadrke zatita 1,2,3,4, respektivno Ako posmatramo kratak spoj u mjestu K 2 radi obezbjeenja selektivnosti potrebno je da bude zadovoljen uslov:

23 tt < i 13 tt <

Zahtjevi za selektivno iskljuenje oteenih dijelova AB i BC su kontradiktorni, to predstavlja oigledan dokaz da prekostrujna zatita ne moe obezbjediti selektivnost djelovanja. Kada je u pitanju prekostrujna zatita sa strujnim stepenovanjem, odgovarajuim izborom struja prorade, moe se obezbijediti selektivnost djelovanja zatite i kod mrea sa dvostranim napajanjem, ali pri tome ove zatite mogu biti nedovoljno selektivne. Da bi se obezbjedilo selektivno iskljuenje oteenja u posmatranoj mrei, koja pri tome ima dovoljnu osjetljivost, koristimo usmjerenu prekostrujnu zatitu.

Usmjerena prekostrujna zatita reaguje na dva elementa: - iznos struje koja protie kroz oteeni element; - fazu te struje u odnosu na napon sabirnica kod mjesta gdje je zatita ugraena, tj.

djeluje i u ovisnosti od smjera struje pri kratkim spojevima.

27

U prethodnom primjeru (uzimajui u obzir postojanje kriterija smijera), faza struja pripadnih zatita se, u odnosu na napon pripadnih sabirnica, pri kvaru na mjestu K1 i kvara na mjestu K 2 , razlikuju za 180 o , to je vektorski predstavljeno na sljedeem dijagramu, slika 18.

KSI

BUKSI

v

2

BU

v

3

Fazni odnosi napona i struja kroz zatite 2 i 3 i napona na sabirnicama pri kvaru na mjestu 1K

KSI

BU

v

2

BUKSI

v

2Fazni odnosi napona i struja kroz zatite 2 i 3 i napona na sabirnicama pri kvaru na mjestu 2K

Slika 18

Uzimajui u obzir da je vod dominantno induktivan, ugao v poprima vrijednosti izmeu o0 i o180 , odnosno, moe se nai u prvom kvadrantu fazne ravni.

Radi selektivnog iskljuenja oteenog dijela A neophodno je da vremenska zadrka 2t , bude manja od vremenske zadrke 4t . Na potpuno isti nain trebaju biti meusobno usklaene i vremenske zadrke 3t i 1t , pri kratkom spoju na mjestu 2K , tj. 13 tt < .

Zahvaljujui postojanju kriterija smijera, sve zatite se razbijaju u dvije grupe (2, 4 i 1, 3), koje nisu meusobno uslovljene vremenskim zadrkama. Vremenske zadrke unutar svake grupe se biraju po principu koritenom kod prekostrujnih zatita, tj. tako da je zadovoljen uslov:

ttt += 24 i ttt += 31 .

Usmjerena prekostrujna zatita dakle daje nalog za iskljuenje pripadnog prekidaa ukoliko su istovremeno ispunjeni i kriterij prekostruje i kriterij smjera, i ukoliko je podeena vremenska zadrka t >. Funkcionalna blok struktura usmjerene prekostrujne zatite moe biti predstavljena sljedeom slikom (slika 19).

28

I>

S

t>&

I

I

U

BU+

I

Slika 19. Funcionalna blok struktura usmjerene prekostrujne zatite

Funkcija smjera se realizuje skoro iskljuivo monofazno, pri emu se kao ulazne veliine koriste fazna struja, i fazni ili linijski napon. Ovo je zbog toga to prilikom kvara, struja faze pogoene kvarom poprima visoku vrijednost, dok napon te iste faze moe znaajno da padne. Pri izboru napona i struja koji e biti upotrijebljene kao ulazne veliine za funkciju smjera, obino se koriste etiri naina spajanja, predstavljeni slikom 20.

A

BC VCB

A

BC

A

BC

A

BC

VAC

VAC

-VC

IA

IAIA

IAB

o60

o90o30

o60

Slika 20. Funkcije i napani koriteni kao ulazne veliine za funkciju smijera

Navedene varijante formirane su sa ciljem da se u sluaju kratkog spoja na vodu, na ulazu smjernog lana nikada ne izgubi informacija o naponu. Nain podeevanja zone prorade funkcije usmjerene prekostrujne zatite strogo je odreen uputstvom proizvoaa pripadne zatite. Najee koriteni sluaj je spoj pod o90 , jer on prua mogunost sigurnog dobijanja informacija o faznim odnosima izmeu ulaznih veliina.

Od posebnog znaaja je primjena usmjerene prekostrujne zatite ima u mreama sa izoliranim zvjezditem, zvjezditem uzemljenim preko malog otpora ili zvjezditem uzemljenim preko

29

Petersenove prigunice, gdje se ona koristi za identifikaciju voda na kome se pojavio zemljospoj. U tim sluajevima proradna struja se podeava na iznose struja zemljospoja, te se takva zatita naziva usmjerenom zemljospojnom zatitom.

A B C

SUSU

B

A

C

Slika 21. Spoj naponskog mjernog transformatora i vektorski dijagram napona pri zemljospoju jedne faze

Prilikom spoja jedne faze na zemlju, naponi zdravih faza u odnosu na zemlju poprimaju vrijednosti linijskih napona, te e se na sekundaru naponskog mjernog transformatora vezanog u otvoren trokut, prema slici 21, pojaviti napon SU , jednak trostrukom faznom naponu. U sluaju da postoji vie odvoda sa istih sabirnica, napon SU ne obezbjeuje identifikaciju voda na kome je dolo do zemljospoja. Ovu mogunost prua usmjerena zemljospojna zatita.

Odreivanje voda u kvaru kod mree sa izoliranim zvjezditem

Posmatrajmo sluaj kada su na sabirnicu prikljuena dva voda.

A B C

Z

Z

Slika 22. Tok kapacitivnih struja pri zemljospoju u mrei sa izoliranim zvjezditem

1K

30

Posmatrajui prethodnu sliku moe se uoiti da se, pri zemljospoju na mjestu K1 , kapacitivne struje zdravih faza i voda pogoenog kvarom, te i zdravog voda, kroz mjesto zemljospoja i dio faze u kvaru, zatvaraju nazad u izvor. Pri kvaru na mjestu K 1 , kroz ulazni krug zemljospojne zatite zdravog voda potei e struja jednaka vektorskoj sumi kapacitivnih struja zdravih faza toga voda. Kod voda pogoenim kvarom, suma kapacitivnih struja zdravih faza tog voda tee, kroz primar strujnog mjernog transformatora vezanog u fazu u kvaru, nazad u mreu. Struje koje teku kroz ulazne krugove zatita su jednake po modulu, ali ne i po fazi, jer se razlikuju za o180 , to je ilustrirano slikom 23.

SU

B

A

C

2AI1AI

Slika 23. Odnosi struja , i napona2AI 1AI SU

Vidimo da struja zdravog voda 1AI prednjai naponu za o90 , dok struja 2AI kasni za naponom, za ugao o90 . Ovo predstavlja kriterij za identifikaciju voda na kome je dolo do spoja sa zemljom. Analogno je i za sluaj da se ima vie od dva voda, sa naznakom da je u tome sluaju struja

2AI , jednaka sumi kapacitivnih struja zdravih faza svih zdravih vodova. Kao ulazne veliine za funkciju usmjerene zemljospojne zatite se uzimaju: napon sa sekundara naponskog mjernog transformatora vezanog u otvoreni trokut i suma sve tri fazne struje posmatranog voda, dobijena paralelnim vezivanjem sekundara pripadnih strujnih transformatora, slika 24.

31

A B C

SU

USMJERENA ZEMLJOSPOJNA

ZATITA

Slika 24. Primjer spajanja usmjerene zemljospojne zatite

Odreivanje voda u kvaru kod mree sa zvjzditem uzemljenim preko malog otpora

Nain odreivanja voda na kome je dolo do zemljospoja jedne faze ne razlikuje se mnogo od ve razmotrenog sluaja sa izoliranim zvjezditem. Prilikom zemljospoja jedne faze, otpornik za uzemljenje je vezan paralelno sa tom fazom, te kroz mjesto zemljospoja, osim kapacitivnih struja, tee i isto rezistivna struja, koja je u fazi sa naponom faze pogoene kvarom , i iji je iznos praktino odreen naponom te faze i iznosom odnosa za uzemljenje. Zbog toga je tok struja (prilikom zemljospoja) u primarnoj mrei predstavljen slikom 25.

Z

Z

IC1IC2

IR

ROTP

Slika25. Tok struja u primarnoj mrei prilikom zemljospoja u taki 1K

1K

A B C

Ulazne struje u uzemljenoj zemljospojnoj zatiti vezane za zdrave vodove uvijek prednjae naponu SU za

o90 , dok ulazna struja u zemljospojnu zatitu vezanu na vod pogoen kvarom, uvijek kasni za naponom SU . Iznos ovog kanjenja zavisi od iznosa kapacitivnih struja zdravih faza, zdravih vodova , i iznosa struje koja prilikom zemljospoja, tee kroz otpornik za uzemljenje zvjezdita. Rezultantna vrijednost se uvijek nalazi u lijevoj poluravni fazne ravni, predstavljena slikom 26, te zato lijeva poluravan u ovome sluaju, predstavlja zonu prorade usmjerene prekostrujne zatite.

32

12 COPTZ III = 1CI

11 CZ II =

OPTIC

A

B

SU

Slika 26. Fazni odnosi ulaznih struja i napona na sekundaru naponskog mjernog transformatora vezanog u otvoreni trokut, kod zemljospoja u taki

Zakljuak

Usmjerena prekostrujna zatita rjeava odreene probleme, koje nije bilo mogue potpuno odstraniti koritenjem neusmjerene prekostrujne zatite. Usmjerena prekostrujna zatita pored informacije o struji, koristi i informaciju o faznom odnosu te struje i pripadajueg napona sabirnice kod mjesta ugradnje. Praktino, ova zatita posmatra postojanje kvara, ali sa samo jedne strane na mjestu ugradnje.