Como é a proteção do relé das linhas de energia

O transporte contínuo e confiável de eletricidade para os consumidores é uma das principais tarefas constantemente resolvidas pelos engenheiros de energia. Para fornecê-lo, foram criadas redes elétricas compostas por subestações de distribuição e linhas de energia de conexão. Para mover a energia por longas distâncias, são usados ​​​​suportes nos quais os fios de conexão são suspensos. Eles são isolados entre si e o solo por uma camada de ar ambiente. Essas linhas são chamadas de linhas aéreas pelo tipo de isolamento.

Se a distância da rodovia de transporte for curta ou por motivos de segurança for necessário ocultar a linha de energia no solo, então os cabos são usados.

As linhas aéreas e de cabos estão constantemente sob tensão, cujo valor é determinado pela estrutura da rede elétrica.

Finalidade da proteção do relé de linhas de energia

No caso de falha de isolamento em qualquer local de um cabo ou linha aérea estendida, a tensão aplicada à linha cria um vazamento ou corrente de curto-circuito através da seção danificada.

As razões para quebrar o isolamento podem ser vários fatores capazes de eliminar ou continuar seu efeito destrutivo. Por exemplo, uma cegonha voando entre os fios de uma linha de energia aérea cria um circuito fase a fase com suas asas e queima, caindo nas proximidades.

Ou uma árvore que crescia muito perto do suporte, durante uma tempestade, foi derrubada nos fios por uma rajada de vento e os causou um curto-circuito.

No primeiro caso, o curto-circuito ocorreu por um curto período de tempo e desapareceu, e no segundo, a violação do isolamento foi de longa duração e exigiu a remoção pelo pessoal de manutenção.

Tais danos podem causar grandes danos às usinas de energia. As correntes dos curtos-circuitos resultantes têm uma enorme energia térmica, que pode queimar não apenas os fios das linhas de energia, mas também destruir os equipamentos de energia das subestações de energia.

Por estas razões, qualquer dano nas linhas de energia que ocorra deve ser reparado imediatamente. Isso é obtido removendo a tensão da linha com falha no lado da alimentação. Se tal linha de energia receber energia de ambos os lados, ambos devem ser desenergizados.

As funções de monitoramento constante dos parâmetros elétricos do estado de todas as linhas de energia e remoção da tensão delas por todos os lados em caso de situações de emergência são atribuídas a sistemas técnicos complexos, tradicionalmente chamados de proteção de relé.

O adjetivo "relé" é derivado da base elementar baseada em relés eletromagnéticos, cujos projetos surgiram com o surgimento das primeiras linhas de energia e estão sendo aprimorados até hoje.

Dispositivos de proteção modulares, amplamente introduzidos na prática dos engenheiros de energia baseado em tecnologia de microprocessador e tecnologia de computador não excluem uma substituição completa dos dispositivos de relé e, de acordo com a tradição estabelecida, também são introduzidos nos dispositivos de proteção do relé.

Princípios de proteção do relé

Autoridades de monitoramento de rede

Para monitorar os parâmetros elétricos das linhas de energia, é necessário ter instrumentos para sua medição, que sejam capazes de monitorar constantemente qualquer desvio do modo normal da rede e, ao mesmo tempo, atender às condições de operação segura.

Em linhas elétricas com todas as tensões, esta função é atribuída aos transformadores de medição, que são classificados em transformadores:

• corrente (TT);

• tensão (VT).

Uma vez que a qualidade da operação de proteção é de importância primordial para a confiabilidade de todo o sistema elétrico, requisitos maiores para a precisão da operação são impostos aos TCs e TPs de medição, que são determinados por suas características metrológicas.

As classes de precisão dos transformadores de medição para uso em dispositivos de proteção e automação de relés (proteção e automação de relés) são padronizadas pelos valores «0,5», «0,2» e «P».

Transformadores de tensão de instrumento

Uma visão geral da instalação de transformadores de potencial na linha aérea de 110 kV é mostrada na foto abaixo.

Aqui pode ser visto que os TPs não são instalados em qualquer lugar ao longo de uma linha de extensão, mas no painel de distribuição de uma subestação elétrica. Cada transformador é conectado por seus terminais primários ao condutor correspondente da linha aérea e do circuito de aterramento.

A tensão convertida dos enrolamentos secundários é emitida através dos interruptores 1P e 2P através dos condutores correspondentes do cabo de alimentação. Para uso em dispositivos de proteção e medição, os enrolamentos secundários são conectados de acordo com o esquema "estrela" e "delta", conforme mostrado na foto para VT-110 kV.

Diminuir perda de tensão e operação precisa da proteção do relé, um cabo de alimentação especial é usado e requisitos maiores são impostos à sua instalação e operação.

Os TPs de medição são criados para cada tipo de tensão de linha e podem ser comutados de acordo com diferentes esquemas para executar tarefas específicas. Mas todos eles trabalham com o princípio geral de converter o valor linear da tensão da linha de transmissão em um valor secundário de 100 volts, copiando e enfatizando com precisão todas as características dos harmônicos primários em uma determinada escala.

A relação de transformação de VT é determinada pela relação das tensões de linha dos circuitos primário e secundário. Por exemplo, para a linha aérea de 110 kV considerada, escreve-se da seguinte forma: 110000/100.

Transformadores de corrente de instrumento

Esses dispositivos também convertem a carga da linha primária em valores secundários com repetição máxima de quaisquer alterações nos harmônicos da corrente primária.

Para facilitar a operação e manutenção dos equipamentos elétricos, eles também são instalados nos dispositivos de distribuição das subestações.

transformadores de corrente Eles estão incluídos no circuito da linha aérea de uma maneira diferente do VT: eles com seu enrolamento primário, que geralmente é representado por apenas uma volta na forma de um fio de corrente contínua, são simplesmente cortados em cada fio da fase da linha.Isso pode ser visto claramente na foto acima.

A taxa de transformação do TC é determinada pela taxa de seleção de valores nominais no estágio de projeto da linha de energia. Por exemplo, se a linha de alimentação for projetada para transportar 600 amperes e 5 A forem removidos do secundário do TC, a designação 600/5 será usada.

Na eletricidade, dois padrões são aceitos para os valores das correntes secundárias que são usadas:

• 5 A para todos os TCs até 110 kV inclusive;

• 1 A para linhas de 330 kV e superiores.

Os enrolamentos TT secundários são conectados para conexão a dispositivos de proteção de acordo com diferentes esquemas:

• estrela cheia;

• estrela incompleta;

• triângulo.

Cada composto tem suas características específicas e é usado para determinados tipos de proteção de maneiras diferentes. Um exemplo de conexão de transformadores de corrente e bobinas de relé de corrente a um circuito estrela completo é mostrado na foto.

Este é o filtro harmônico mais simples e comum usado em muitos circuitos de relés de proteção. Nele, as correntes de cada fase são controladas por um relé separado de mesmo nome, e a soma de todos os vetores passa pela bobina incluída no fio neutro comum.

O método de uso de transformadores de medição de corrente e tensão permite transferir os processos primários que ocorrem no equipamento de energia para o circuito secundário em uma escala precisa para seu uso no hardware de proteção do relé e a criação de algoritmos para a operação da lógica dispositivos para eliminar processos de equipamentos de emergência.

Autoridades para processar as informações recebidas

Na proteção do relé, o principal elemento de trabalho é um relé - um dispositivo elétrico que executa duas funções principais:

• monitora a qualidade do parâmetro observado, por exemplo, corrente, e no modo normal mantém de forma estável e não altera o estado de seu sistema de contato;

• quando um valor crítico chamado set point ou limiar de resposta é atingido, ele imediatamente troca a posição de seus contatos e permanece neste estado até que o valor observado retorne à faixa normal.

Os princípios de formação de circuitos para comutação de relés de corrente e tensão em circuitos secundários ajudam a entender a representação de harmônicos senoidais por quantidades vetoriais com sua representação em um plano complexo.

Na parte inferior da imagem, um diagrama vetorial é mostrado para um caso típico de distribuição de senoides em três fases A, B, C no modo de operação da fonte de alimentação do consumidor.

Monitorando a condição dos circuitos de corrente e tensão

Em parte, o princípio de processamento de sinais secundários é mostrado no circuito para ligar os enrolamentos do TC e do relé de acordo com o esquema de estrela completa e VT do ORU-110. Este método permite adicionar vetores das seguintes maneiras.

A inclusão da bobina do relé em qualquer um dos harmônicos dessas fases permite controlar totalmente os processos que ocorrem nela e desligar o circuito de operação em caso de acidentes. Para fazer isso, basta usar projetos adequados de dispositivos de relé para corrente ou tensão.

Os esquemas acima são um caso especial do uso versátil de diferentes filtros.

Métodos de controle da potência que passa pela linha

Os dispositivos de proteção de relé controlam o valor de potência com base nas leituras de todos os mesmos transformadores de corrente e tensão.Nesse caso, são utilizadas fórmulas e proporções conhecidas de potência total, ativa e reativa entre elas e seus valores expressos pelos vetores de correntes e tensões.

Entende-se que o vetor de corrente é formado pela fem aplicada à resistência de linha e supera igualmente suas partes ativa e reativa. Mas, ao mesmo tempo, nas seções com componentes Ua e Up, ocorre uma queda de tensão de acordo com as leis descritas pelo triângulo de tensão.

A energia pode ser transferida de uma extremidade da linha para a outra e até mesmo invertida ao transportar eletricidade.

Mudanças em sua direção são o resultado de:

• comutação de cargas pelo pessoal operacional;

• flutuações de energia no sistema devido aos efeitos de transientes e outros fatores;

• surgimento de modos de emergência.

Os relés de potência (PMs) que operam como parte do sistema de proteção e automação do relé levam em consideração as flutuações em suas direções e são configurados para operar quando o valor crítico é atingido.

Métodos de controle de resistência de linha

Os dispositivos de proteção de relé que calculam a distância até o local do curto-circuito com base nas medições de resistência elétrica são chamados de distância ou proteção DZ para curto. Eles também usam circuitos de transformadores de corrente e tensão em seu trabalho.

Para medir a resistência, use Uma expressão da lei de Ohmdescrito para a seção de circuito em consideração.

Quando uma corrente senoidal passa pela resistência ativa, capacitiva e indutiva, o vetor de queda de tensão sobre eles se desvia em direções diferentes. Isso é levado em consideração pelo comportamento do relé de proteção.

De acordo com este princípio, muitos tipos de relés resistores (RS) funcionam em dispositivos de proteção e automação de relés.

Métodos de controle de frequência de linha

Para manter a estabilidade do período de oscilação dos harmônicos da corrente transmitida pela linha de energia, são utilizados relés de controle de frequência. Eles trabalham com o princípio de comparar a onda senoidal de referência produzida pelo gerador embutido com a frequência obtida pelos transformadores de medição linear.

Depois de processar esses dois sinais, o relé de frequência determina a qualidade do harmônico observado e, quando o valor definido é atingido, altera a posição do sistema de contato.

Recursos de controle de parâmetro de linha por proteções digitais

Os desenvolvimentos de microprocessadores que substituem as tecnologias de relé também não podem funcionar sem valores secundários de correntes e tensões, que são removidos dos transformadores de medição TT e VT.

Para a operação das proteções digitais, as informações sobre a onda senoidal secundária são processadas por métodos de amostragem, que consistem em sobrepor uma alta frequência a um sinal analógico e fixar a amplitude do parâmetro controlado na interseção dos gráficos.

Devido à pequena etapa de amostragem, métodos de processamento rápido e uso do método de aproximação matemática, obtém-se alta precisão de medição de correntes e tensões secundárias.

Os valores numéricos calculados dessa maneira são usados ​​​​no algoritmo para operação de dispositivos microprocessados.

A parte lógica da proteção e automação do relé

Depois que os valores iniciais das correntes e tensões da eletricidade transmitida ao longo da linha de energia são modelados por transformadores de medição selecionados para processamento por filtros e recebidos pelos órgãos sensíveis dos dispositivos de relé para corrente, tensão, potência, resistência e frequência, é a vez dos circuitos dos relés lógicos.

Seu projeto é baseado em relés operando a partir de uma fonte adicional de tensão constante, retificada ou alternada, também chamada de operacional, e os circuitos alimentados por ela são operacionais. Este termo tem um significado técnico: muito rapidamente, sem atrasos desnecessários, para realizar suas trocas.

A velocidade de operação do circuito lógico determina em grande parte a velocidade do desligamento de emergência e, portanto, o grau de suas consequências destrutivas.

Na forma como executam suas tarefas, os relés que trabalham nos circuitos operacionais são chamados de intermediários: eles recebem um sinal do dispositivo de proteção de medição e o transmitem comutando seus contatos para órgãos executivos: relés de saída, solenóides, eletroímãs para desconexão ou fechamento dos interruptores de energia .

Os relés intermediários geralmente têm vários pares de contatos que funcionam para abrir ou quebrar um circuito. Eles são usados ​​para reproduzir comandos simultaneamente entre diferentes dispositivos de proteção do relé.

No algoritmo de operação da proteção do relé, muitas vezes é introduzido um atraso para garantir o princípio da seletividade e formar a sequência de um determinado algoritmo. Ele bloqueia a operação de proteção durante a configuração.

Esta entrada de atraso é criada usando relés de tempo especiais (RVs) que possuem um mecanismo de relógio que afeta a velocidade de seus contatos.

A parte lógica da proteção do relé usa um dos muitos algoritmos projetados para diferentes casos que podem ocorrer em uma linha de energia de uma determinada configuração e tensão.

Como exemplo, podemos dar apenas alguns nomes da operação da lógica de duas proteções de relés baseadas no controle da corrente da linha de energia:

• interrupção de corrente (indicação de velocidade) sem atraso ou com atraso (garante a seletividade de RF), levando em consideração a direção da potência (devido ao relé RM) ou sem ela;

• a proteção contra sobrecorrente pode ser fornecida com os mesmos controles da desconexão, completa com ou sem verificações de baixa tensão na linha.

Elementos de automação de vários dispositivos são frequentemente introduzidos na operação da lógica de proteção do relé, por exemplo:

• religamento da chave de alimentação monofásica ou trifásica;

• ligar a fonte de alimentação de backup;

• aceleração;

• descarga de frequência.

A parte lógica da proteção de linha pode ser feita em um pequeno compartimento de relé diretamente acima da chave de força, o que é típico para aparelhagem completa externa (KRUN) com tensão de até 10 kV, ou ocupar vários painéis de 2x0,8 m na sala de relé .

Por exemplo, a lógica de proteção para uma linha de 330 kV pode ser colocada em painéis de proteção separados:

• reserva;

• DZ — remoto;

• DFZ — fase diferencial;

• VCHB — bloqueio de alta frequência;

• OAPV;

• aceleração.

circuitos de saída

Os circuitos de saída servem como elemento final da proteção do relé linear e sua lógica também é baseada na utilização de relés intermediários.

Os circuitos de saída formam a ordem de operação dos disjuntores de linha e determinam a interação com conexões adjacentes, dispositivos (por exemplo, proteção de falha do disjuntor - disparo de emergência do disjuntor) e outros elementos de proteção e automação do relé.

As proteções de linha simples podem ter apenas um relé de saída que dispara o disjuntor. Em sistemas complexos com proteção ramificada, são criados circuitos lógicos especiais que funcionam de acordo com um determinado algoritmo.

A remoção final da tensão da linha em caso de emergência é realizada por meio de um interruptor de energia, que é ativado pela força do eletroímã de disparo. Cadeias de força especiais são fornecidas para sua operação, que podem suportar cargas poderosas.Ki.