Reanclansarea automata rapida (RAR) pe liniile

de energie electrica

1. Generalitati. Scopul si definitia RAR

Analiza avariilor care s-au produs in instalatiile de inalta si foarte inalta tensiune a condus la concluzia ca marea majoritate a lor (pana la 80-90%) reprezinta defecte trecatoare, cu caracter pasager daca este vorba de retele aeriene de transport. La deconectarea prin protectie si odata ce dispare tensiunea in locul defectului exista sansa ca arcul electric sa se stinga si defectul sa nu se reia la revenirea tensiunii. Spre deosebire de acestea, in cazul scurtcircuitelor metalice provocate de atingerile intre conductoare sau conductor-pamant, ca si in cazul in care se distruge izolatia (conductoare tip cablu) deconectarea de catre protectie nu este eficienta iar defectul are caracter permanent. Astfel, la liniile in cablu la care se deterioreaza izolatia, procentul defectelor trecatoare este de numai 2-5 %. Liniile aeriene de transport si distributie ofera conditii prielnice pentru introducerea RAR. Tot datele statistice arata ca in aceste cazuri 60-90 % reprezinta reanclansari reusite. Functionarea unui dispozitiv de RAR este urmatoarea:

-in cazul declansarii intreruptorului de linie, prin protectie sau nedorita, intra in functiune dispozitivul de RAR care verifica indeplinirea anumitelor conditii si dupa  ' pauza de RAR '  transmite comanda de reanclansare la intreruptor. Daca defectul a fost lichidat linia intra in functiune normala; daca defectul persista protectia prin relee comanda o noua declansare. In acest caz sunt posibile doua variante: se repeta operatiile descrise, deci se reia RAR-ul sau RAR-ul se blocheaza si linia este deconectata definitiv.

Totalitatea operatiilor din momentul declansarii intreruptorului si pana la reanclansarea sa prin RAR formeaza ' un ciclu de RAR  ' unde I este pauza de RAR

D-I-R    I-pauza de RAR

Daca avem mai multe cicluri de RAR :

D-I₁-R-D-I₂-R 2 cicluri de RAR;

D-I₁-R-D-I₂-R-D-I₃-R 3 cicluri de RAR.

Daca sunt doua cicluri de RAR, intre ciclul unu si ciclul doi se asteapta cel putin 5 secunde pentru a oferi timp arcului din locul de defect sa se stinga.

Daca sunt trei cicluri de RAR, intre ciclul 2 si 3 se asteapta din aceleasi motive circa 1-2 minute.

Cele mai folosite sunt dispozitivele de RAR cu un ciclu pentru ca la primul ciclu reusesc intre 60-90% din reanclansari, dupa al 2-lea reusesc 5-10% iar dupa al 3-lea reusesc sub 2%,actionarea repetata a RAR determinand cresterea uzurii intreruptorului comandat.

2 Schema bloc pentru dispozitivele de RAR

Fig.1. Schema de bloc de elemente pentru RAR

Schema bloc de elemente pentru un dispozitiv de RAR cu un ciclu este cea din fig.1. in care :

-EP-element de pornire,

-EC -element de control(se controleaza absenta tensiunii la bornele dinspre linie a intreruptorului,deci se confirma declansarea la capatul opus precum si mentinerea sincronismului celor doua tensiuni);

-ET-element de temporizare,care asigura ''pauza de RAR''(sau ''t_RAR'') ;

-EC -element de comanda si executie,conditionat de unele blocaje si coordonari.

Pornirea schemei de RAR se poate face in doua moduri:

a)-prin necorespondenta intre pozitia intreruptorului si cea a cheii de comanda ;

b)-prin impuls de la protectia prin relee, emis odata cu declansarea intreruptorului I.

Elementul control EC (fig.1.) poate lipsi in cazul liniilor radiale cu alimentarea de la un singur capat ; daca linia are alimentare de la ambele capete se controleaza absenta tensiunii la bornele dinspre linie ale intreruptorului (verificarea declansarii si de la capatul opus), si se verifica totodata si sincronismul dintre cele doua surse pentru a nu se pune in paralel tensiuni nesincrone.

Elementul de timp care asigura pauza de RAR poate fi realizat cu relee sau cu elemente cu comutatie statica. Executia comenzii de reanclansare se realizeaza prin elementul de iesire al schemei, EC

Se poate observa ca :

tRAR=tsch.RAR+ta.i>tdiz, in care :

tsch.RAR este timpul schemei de RAR ;

ta.i-timpul de anclansare al intreruptorului

tdiz-timpul de ionizare al canalului (spatiului) de arc.

Timpul de deionizare depinde de tensiunea nominala a liniei .Timpul de deionizare in cazul RAR-ului monofazat este mai mare decat in cazul celui trifazat si aceasta se explica prin influenta cuplajului capacitiv al fazelor sanatoase ramase sub tensiune dupa declansarea fazei defecte prin comanda de la RAR-ul monofazat (fig.2).

Spatiul ocupat de arcul electric este in acest caz si sub influenta electromagnetica a celorlalte faze fara defect, astfel incat deionizarea canalului de arc se face mai incet, iar valoarea tdiz. creste. Timpul de RAR nu trebuie sa fie prea mare pentru ca s-ar periclita continuitatea alimentarii consumatorilor si autopornirea motoarelor asincrone alimentate de la acele faze. In cazul liniilor cu alimentare bilaterala la stabilirea timpului schemei de RAR trebuie sa se tina seama si de diferenta dintre timpii de deconectare a defectului, de catre protectiile prin relee de la cele doua capete ale liniei. Timpul de RAR nu poate fi facut insa zero, desi de regula timpul de anclansare al intreruptorului este mai mare decat tdiz. a canalului de arc.

Astfel in cazul intreruptoarelor cu ulei se produce o acumulare de gaz si particule carbonizate in volumul de ulei din jurul contactelor ceea ce reduce rigiditatea dielectrica, scade puterea (capacitatea) de rupere a intreruptorului si poate apare explozia acestuia.

In cazul intreruptoarelor ultrarapide cu aer comprimat timpul propriu de anclansare care este de numai 2-3 perioade (40-60 milisec.) poate avea o valoare inferioara timpului de deionizarea canalului de arc la tensiuni de inalta si foarte inalta tensiune.

3 Clasificare dispozitivelor de RAR

Se poate face o clasificare a dispozitivelor de RAR dupa mai multe criterii :

1.-dupa tRAR-RAR ultrarapid cu tRAR=0.1-0.5s ;

-RAR rapid cu tRAR=0.5-15s;

-RAR lent cu tRAR>1.5s ;

-dupa principiul de functionare-RAR mecanic ;

-RAR electric .

RAR-ul mecanic foloseste energia inmagazinata in resoarte comprimate(armate) sau greutati ridicate si lasate sa cada. ; se intalnesc doar la joasa tensiune si la intreruptoare comandate manual.

RAR-ul electric fie in variante cu relee, fie in variante cu comutatie statica sau numerice, se aplica intreruptoarelor cu comanda de la distanta cu dispozitive de actionare solenoidale sau pneumatice. La randul lor acestea pot fi:

-RAR trifazat-RAR-T ;

-RAR monofazat-RAR-M.

3.-dupa modul de pornire al dispozitivului de RAR sunt :

-RAR cu pornire prin necorespondenta intre pozitia cheii de comanda si pozitia intreruptorului ;

-RAR cu pornire prin impuls de la protectia prin relee care declanseaza intreruptorul de linie.

4.-dupa modul de revenire al schemei de RAR sunt :

-RAR cu revenire manuala ;

-RAR cu revenire automata.

5.-dupa modul executiei comenzii de reanclansare a intreruptorului exista :

-RAR simplu, fara restrictii ;

-RAR cu restrictionari determinate de controlul absentei tensiunii, controlul revenirii tensiunii de la capatul opus si pastrarea sincronismului intre tensiuni.

6.-dupa modul de coordonare cu protectia prin relee avem :

-RAR necoordonat cu protectia;

-RAR coordonat cu protectia prin relee in sensul accelerarii executiei comenzilor date de protectie, urmand ca restabilirea selectivitatii functionarii acesteia sa se faca dupa executia ciclului de RAR.

In figura 3, a si b sunt prezentate:

a) Ordinograma pentru un dispozitiv de RAR cu ciclu multiplu ;

b) Principalele tipuri de RAR instalate in SEN;

Se mentioneaza realizarea functiei de RAR si cu automate programabile(A P)si microcontrolere(µC).

Fig.3.a,b Ordinograma RAR si tipuri de RAR in sistemul energetic national (SEN).

4 Reanclansarea automata rapida trifazata (RAR-T)

In figura 4. este reprezentata schema desfasurata pentru un dispozitiv de RAR cu actionare trifazata, cu condensator, rapid, cu un ciclu si revenire automata pentru o linie electrica aeriana de tip radial .

Fig.4. Dispozitivul de RAR - T cu condensator, pentru o linie radiala

In aceasta schema avem :

1EB-releu de timp ;

2EP si 11EP-relee intermediare cu cate doua bobine : o bobina serie de curent si una paralel de tensiune ;

9EP-releu intermediar ;

CC-cheia de comanda,comuna pentru anclansare, declansare si RAR .

Schema de RAR este cu pornire prin necorespondenta intre pozitia intreruptorului si cea a cheii de comanda.La declansarea intreruptorului liniei I, se inchide contactul I si se stabileste circuitul 13-12 prin care se excita releul 9EP care inchide contactul 9EP si se stabileste circuitul 3- Contactul CC este inchis deoarece cheia de comanda este pe pozitia anclansat desi acesta a fost declansat. Se descarca condensatorul C odata cu inchiderea la temporizarea reglata a contactului 1 EB al releului de timp 1EB. Se deschide contactul 1EB prin care se inseriaza cu bobina releului de timp rezistenta pentru stabilizare termica 5R. La excitarea bobinei de tensiune a releului 2EP (circuitul 3-4) acesta isi comuta contactele si se autoretine prin inchiderea lui 2EP de pe circuitul 11-12 prin bobina serie de curent a releului 2EP. Se excita contactorul de anclansare BA si se transmite comanda de anclansare la intreruptor. Prin contactul 2EP se accelereaza protectia pri relee si prin deschiderea lui 2EP de pe circuitul 3-8 se stinge lampa 12LS indicand functionarea dispozitivului. La reluare functionarii condensatorul se reancarca fiind necesar un timp de circa 20s pana la atigerea tensiunii de actionare a releului 2EP(figura 5.).Astfel, se determina timpul t_r la care se atinge tensiunea de actionare cu u_act, cu relatia (2) :

(2)

fig 5. Variatia in timp a tensiunii la bornele condensatorului

Releul 11EP serveste la blocarea dispozitivului impotriva asanumitelor ''sarituri ale intreruptorului''. Astfel , la declansarea intreruptorului prin protectie (se inchide contactorul RP de pe 16-17) sau prin actionarea cheii de comanda la declansare(cand se inchide contactul CC3 de pe 15-16), se excita bobina de curent a releului 11EP si acesta isi comuta contactele : deschide 11EP si inchide 11EP Daca impulsul de declansare persista si are loc excitarea bobinei de anclansare fie prin contactul CC al cheii de comanda, fie prin sudarea contactului 2EP , releul 11EP se autoretine prin bobina de tensiune de pe 10-11, contactul 11EP ramane deschis si se impiedica anclansarea repetata urmata de declansare care reprezinta asanumita saritura a intreruptorului.

In cazul liniilor cu alimentare bilaterala este necesar sa se controleze daca au fost declansate intreruptoarele de la ambele capete pentru a se asigura deionizarea spatiului de arc, deasemenea este necesar sa se controleze daca s-a pastrat sincronismul intre cele doua capete ale liniei. Verificarea declansarii ambelor intreruptoare se face indirect masurandu-se tensiunea la bornele dinspre linie ale intreruptorului respectiv.

fig. 6 Modificarea schemei de RAR - T prin controlul lipsei tensiunii

La bornele dinspre linii ale intreruptorului 1I echipat cu RART se afla (fig5.) transformatorul de tensiune TT care in secundar alimenteaza releul minimal de tensiune 1RV prevazut cu doua contacte: unul normal inchis si altul normal deschis. Aceste contacte completeaza schema din fig.4 ca in fig.6. Contactul 1V ramane inchis la absenta tensiunii de linie, permitand functionarea RART. Daca exista tensiune la bornele dinspre linie ale intreruptorului 1I se deschide 1V , se blocheaza RAR-ul si se inchide 1V de pe OO' care face sa se aprinda lampa 1LS si sa semnalizeze optic autoblocarea schemei. Pentru controlul sincronismului este necesar sa se controleze revenirea tensiunii ca urmare a reanclansarii intreruptorului de la capatul opus si mentinerea sincronismului intre cele doua tensiuni prin controlul defazajului dintre fazorii tensiunilor care nu trebuie sa depaseasca 30-35grd. RART cu condensator pentru controlul sincronismului se modifica asa cum se poate vedea in figura7.

Fig.7. Schema pentru RAR-T cu condensator, cu controlul sincronismului.

Daca pe linie nu este tensiune releul care controleaza revenirea tensiunii RCT este dezexcitat si deci contactele RCT si RCT sunt deschise. Releul pentru controlul sincronismului alimentat la o singura bobina este excitat si contactul sau RCS este inchis dar circuitul 3O''' pe care se afla 1RI nu se poate inchide pentru ca RTC este deschis. La revenirea tensiunii de linie se inchid contactele RCT si RCT si se stabileste circuitul 3- Daca tensiunile nu sunt sincrone releul RCS ramane excitat si prin circuitul 3O''' se excita 1RI , acesta isi comuta contactele si anume inchide 1RI si se autoretine, deschide 1RI de pe 3-2 si blocheaza functionarea RAR si inchide 1RI care face sa se aprinda lampa 1LS semnalizand optic autoblocarea schemei. Se mentioneaza ca dispozitivul pentru controlul sincronismului nu se monteaza decat la un singur capat al liniei, deci la un capat al liniei se face controlul sincronismului iar la celalalt capat se face controlul lipsei tensiunii. Pentru masurarea tensiunii pe bare se foloseste transformatorul de tensiune din celula de bare a statiei ;instalarea unor transformatoare de tensiune pentru masurarea tensiunii pe linie numai pentru RAR nu se justifica, de aceea se recomanda folosirea unor divizoare de tensiune capacitive realizate pe izolatoare sau pe o flansa izolanta a intreruptorului sau chiar direct pe elementele lantului izolator de pe linie. Evident rezultatele sunt afectate de o imprecizie dar aceasta este acceptabila pentru cerintele impuse de RAR .

5. Reanclansarea automata rapida monofazata(RAR-M)

Majoritatea defectelor din retelele aeriene de transport si distributie a energiei electrice sunt monofazate, reprezintand scurtcircuitul la pamant al unui conductor (sau faze). Daca prin functionarea RAR se intrerupe doar faza defecta este posibil ca la repunerea sub tensiunea a acesteia, si ca urmare a deionizarii spatiului de arc sa se restabileasca functionarea normala. RAR-ul monofazat (RAR-M) poate fi cu declansare definitiva monofazata, lasand linia in doua conductoare , sau cu declansare definitiva trifazata. Deoarece functionarea prelungita in doua faze reprezinta un regim dezechilibrat care genereaza pierderi suplimentare, incalziri suplimentare si vibratii in rotor, o astfel de functionare nu este de dorit; in plus ea perturba circuitele de telecomunicatii invecinate. RAR-M se aplica la liniile cu curenti mari de punere la pamant(practic ,scurtcircuite monofazate), la care intreruptoarele sunt prevazute cu comanda pe faza(sau pol). Selectarea fazei defecte pentru aplicarea RAR-M este facuta de catre protectia prin relee astfel ca pornirea dispozitivului de RAR-M este comandata de catre releele de impedanta minima ale protectiei de distanta.

6. Masurarea curentilor si tensiunilor in sistemele moderne de automatizari si protectii

Se procedeaza tot mai mult la inlocuirea transformatoarelor de curent TC si de tensiune TT cu senzori in cadrul sistemelor neconventionale numerice de protectie si automatizare. Ex:-in locul TC se utilizeaza un senzor de curent cu bobina Rogowshi cu miez nemagnetic, puterea la iesire foarte mica si caracteristica de transfer lineara. Avantajul este ca acesta include si convertorul analog numeric si permite utilizarea fibrelor optice si a conversiei in semnal optic. Pe partea de tensiune se poate folosi un senzor de tensiune capacitiv sub forma unor armaturi metalice inglobate in izolatoare de trecere.