11.3.2011.

FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA

ZAVOD ZA ELEKTROSTROJARSTVOI AUTOMATIZACIJU

ZaZašštite u industrijskom sustavutite u industrijskom sustavu

Prof. dr. sc. Zlatko Maljković

DINAMIKA INDUSTRIJSKIH SUSTAVADINAMIKA INDUSTRIJSKIH SUSTAVA

DIS.6 - Zaštita generatora, transformatora i motora

Ak. god. 2010/2011 Zagreb,

211.3.2011.

Svojstva zaštitnih releja

OSJETLJIVOST

� Relej je osjetljiv kad još sigurno djeluje pri očekivanoj najmanjoj vrijednosti mjerne veličine.

SELEKTIVNOST

� Relej selektivno djeluje ako isključi kvar samo na pogođenom elementu mreže (selektivnost se osigurava izvedbom ili vremenskim stupnjevanjem).

BRZINA DJELOVANJA

� Relej je brz ako mu je vrijeme djelovanja (vrijeme koje protječe od trenutka nastanka kvara do trenutka kad se na izlaznim kontaktima releja pojavi signal za isključenje prekidača) kraće od 100 ms.

311.3.2011.

Svojstva zaštitnih releja

POUZDANOST

� Relej je pouzdan ako mu je pouzdanost veća od pouzdanosti bilo kojeg uređaja ili dijela postrojenja u štićenom području.

REZERVA

� Relej djeluje rezervno kad isključi kvar na susjednom elementu elektroenergetskog sustava čiji relej nije djelovao.

FLEKSIBILNOST PRIMJENE

� Prilagodljivost primjene je mogućnost ugradnje releja na bilo koje mjesto u elektroenergetskom sustavu za zaštitu istovrsnog uređaja.

EKONOMIČNOST

� Ekonomičnost primjene ovisi o objektu koji zaštita štiti. Uobičajena vrijednost sustava zaštite je 2 - 5% vrijednosti štićenog objekta

411.3.2011.

Podjela relejne zaštite

Prema priključku releja:

� primarni zaštitni uređaj

� sekundarni zaštitni uređaj

Prema izvedbi:

� elektromehanička izvedba

� statička izvedba

� digitalna (numerička) izvedba

Prema vrsti poremećaja:

� zaštita od kvarova – (kvar = značajnija odstupanja od normalnih pogonskih prilika (izazivaju oštećenja) - npr. kratki spojevi)

� zaštita od smetnji – (smetnja = odstupanja od normalnih pogonskih prilika (kratkotrajno ne izazivaju oštećenja, ali dugotrajne smetnje mogu izazvati oštećenje) - npr. preopterećenja, nesimetrično opterećenje, ... )

511.3.2011.

Podjela relejne zaštite

� Prema načinu djelovanja:� osnovna zaštita

� rezervna zaštita

� Prema elementima elektroenergetskog sustava koje štiti:

� zaštita generatora

� zaštita transformatora

� zaštita sabirnica

� zaštita vodova

� zaštita motora

� zaštita kondenzatorskih baterija

611.3.2011.

Vrste zaštita

NADSTRUJNA ZAŠTITA

� Strujna zaštita koja djeluje kad struja na mjestu ugradnje releja pređe određenu podešenu vrijednost.

DISTANTNA ZAŠTITA

� Impedantna zaštita čije je djelovanje zavisno o udaljenosti između mjesta ugradnje releja i mjesta kvara.

DIFERENCIJALNA ZAŠTITA

� Zaštita koja uspoređuje iste električne mjerne veličine po iznosu, smjeru i fazi na oba kraja štićenog objekta.

USMJERENA ZAŠTITA

� Zaštita koja djeluje ako se smjer struje kvara podudara s usmjerenjem releja.

711.3.2011.

Vrste zaštita

PODNAPONSKA ZAŠTITA

� Naponska zaštita koja djeluje kad napon na mjestu ugradnje releja padne ispod određene vrijednosti.

NADNAPONASKA ZAŠTITA

� Naponska zaštita koja djeluje kad napon na mjestu ugradnje releja pređe određenu podešenu vrijednost.

PODFREKVENCIJSKA ZAŠTITA

NADFREKVENCIJSKA ZAŠTITA

TERMIČKA ZAŠTITA

11.3.2011.

FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA

ZAVOD ZA ELEKTROSTROJARSTVOI AUTOMATIZACIJU

Zaštita generatora

911.3.2011.

Kratki spoj među fazama

� Nastaje zbog uništenja izolacije� Direktni ili preko mase� Mjesto kratkog spoja napaja sam

generator i ostali generatori koji su priključeni na mrežu

� Zaštita je diferencijalna: 87G, 87U

is

id

Područje djelovanja

iprmin

iB1 iB2

1011.3.2011.

Primjer numeričkog zaštitnog uređaja generatora

� MiCOM P341/343/345

Funkcije:

Generator DifferentialNon Directional Over Current & Earth FaultRelayNegative Phase SequenceUnder CurrentUnder/Over Voltage RelayUnder/Over Frequency RelaySensitive Earth FaultRotor Earth FaultField FailureReverse/forward/over Power

1111.3.2011.

Kratki spoj među namotima iste faze

� Diferencijalna zaštita ne djeluje� Postoji “nulti” napon - razlika

potencijala između stezaljki i zvjezdišta generatora, mjeri se taj napon

Djelovanje zaštite:� Razbuda� Isklop prekidača� Zatvaranje predturbinskog

zatvarača ili brzozatvarajućegventila

� Signalizacija

1211.3.2011.

Zemljospoj statora

� Generator se uzemljuje preko impedancije kako bi se ograničili prenaponi i struja zemljospoja, pa struja može biti mala

� Javlja se nulti napon na otporu uzemljenja

� Pri kratkom spoju blizu zvjezdišta dolazi do pada napona trećeg harmonika

1311.3.2011.

HG 42 MVA, 6,3 kV, 125 min-1

� Otpornik u zvjezdištu HG i mjerni strujni i naponski transformatori

1411.3.2011.

Naponski i strujni transformatori u HE

1511.3.2011.

Zemljospoj statora

1611.3.2011.

Gubitak uzbude� Nestaje elektromagnetski moment i preostaje samo reluktantni moment kod HG, ako

je manji od pogonskog momenta, generator prelazi u asinkroni rad (n > ns)� Zbog klizanja teku struje u prigušnom namotu, klinovima i zubima rotora te može

doći do termičkog oštećenja� Glavna zaštita je regulator uzbude, a rezerva je impedantni relej koji gleda u SG� Ima još funkciju kontrole napona i frekvencije kako ne bi krivo proradio (funkcija 40)

2/'

dX

dX

..1 up

1711.3.2011.

Prenaponi

� Atmosferski prenaponi i prenaponi u mreži preneseni preko bloktransformatora – odvodnik prenapona

� Na krutoj mreži do prenapona može doći pri naglom rasterećenju i kvaru uzbude

� Glavna zaštita su regulatori uzbude i frekvencije, a rezerva je nadnaponska zaštita (funkcija 59)

1811.3.2011.

Naduzbuda (V/Hz)

� Kada omjer napona i frekvencije prijeđe 1,05 p.u. može doći dopovećanog zagrijavanja paketa generatora zbog magnetskog zasićenje

� Pregrijava se i jezgra bloktransformatora zbog povećane indukcije

� Do naduzbude obično dolazi kada generator radi na nižim frekvencijama ili pri ispadu tereta (funkcija 24)

( )st

.).(/ upHzV

24

~

1911.3.2011.

( )st

.).(2 upI

Nesimetrija struja

� Javlja se inverzna komponenta struje, koja stvara inverzno magnetsko polje koje se u odnosu na rotor vrti dvostrukom frekvencijom

� Pregrijava se prigušni namot

� Funkcija 46 vremensko zatezanje

tIK ⋅=2

2

46

~

2011.3.2011.

Snižena ili povišena frekvencijaNadfrekvencijska zaštita

�Do porasta frekvencije dolazi prilikom rasterećenja, opasnost od pobjega i velikih centrifugalnih sila na rotor

�Turbina ima brze zatvarače pare (TG), odnosno preusmjerava vodu (HG), ali generatori moraju izdržati povišenje brzine (TG do 1,1ns, a HG ovisno o turbini i do 3ns) pa je funkcija 81O samo njegova rezerva

Podfrekvencijska zaštita�Zbog viška tereta - preopterećenja�Isklop tereta je glavna zaštita, a 81U rezervna zaštita

�Pri sniženim brzinama treba izbjegavati zadržavanje na tzv. kritičnim brzinama agregata (rezonantne frekvencije lateralnog i torzijskog titranja osovinskog voda)

2111.3.2011.

Povratna snaga

� Kad sinkroni stroj pređe u motorski rad, turbina ne smije raditi, pa je to zaštita pogonskog stroja

� Funkcija 32

~

32

2211.3.2011.

Napajanje generatora u mirovanju� Pokazalo se kao veliki problem

� Pogreška u upravljanju, preskok na generatorskom prekidaču, kvar u upravljačkom krugu

� Generator se počinje ponašati kao asinkroni motor� Ako generator nema pojačani prigušni namot (nije namjenjen za asinkroni zalet)

povlači veliku struju iz mreže i vrlo brzo može doći do velikih oštećenja prvenstveno prigušnog namota

� Usmjereni distantni i nadstrujni releji koji gledaju u generator� Funkcije (67 i 21)

~

6767

2311.3.2011.

Kvar generatorskog prekidača

� Zaštita od otkaza prekidača� Poseban sklop koji detektira struju i ima vremensko zatezanje. Ako

detektira kvar prekidača tada daje nalog okolnim prekidačima za proradu (50BF)

� Zaštita od preskoka� Trenutna nadstrujna zaštita koja je spojena u zvjezdištu

bloktransformatora (50N) i šalje signal funkciji 50 BF

50N

2411.3.2011.

Zaštita rotora od zemljospoja

� Zaštita uzbudnog namota od zemljospoja klasičnog sustava uzbude s istosmjernim uzbudnikom

2511.3.2011.

Zaštita rotora od zemljospoja

� Zaštita uzbudnog namota od zemljospoja statičkog samouzbudnog sustava uzbude

2611.3.2011.

Pregled svih zaštita generatora

11.3.2011.

FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA

ZAVOD ZA ELEKTROSTROJARSTVOI AUTOMATIZACIJU

Uzemljenja mreže

2811.3.2011.

Jednofazni zemni spoj u mreži s transformatorom za uzemljenje u cik-cak spoju (ZN)

� Tipska snaga

ΓTR - gustoća struje kod trajnog opterećenja

ΓKR - gustoća struje kod kratkotrajnog opterećenja

2911.3.2011.

Jednofazni zemni spoj u mreži s transformatorom za uzemljenje u spoju zvijezda – trokut (YNd)

� Tipska snaga

SYNd =1,73 SZN , dakle 73% je veća od transformatora u ZN spoja

3011.3.2011.

Jednofazni zemni spoj u mreži s transformatorom za uzemljenje u spoju cik-cak i zvijezda ZNyn

� Ako se napaja sekundarna mreža poželjno je da bude s uzemljenjem, pa se za sekundar transformatora za uzemljenje koristi spoj zvijezda

� Tipska snaga transformatora u spojuZNyn jednaka je tipskoj snazi transformatora u spoju ZN uvećanoj za nazivnu snagu sekundarnog namota:

3111.3.2011.

Uzemljenja zvjezdišta

� Velik broj korištenih načina uzemljenja zvjezdišta u svijetu razlog je ustupaka između dva glavna i međusobno suprotna zahtjeva:

a) smanjivanje amplitude struje zemljospoja, što može uzrokovati teškoće pri otkrivanju kvarova

b) dopuštanje većih amplituda struja zemljospoja, što olakšava detekciju zemljospoja, ali može uzrokovati opasne napone dodira, a u tom slučaju je i povećan broj ispada

� Na području Elektroprimorja Rijeka koriste se četiri načina uzemljenja zvjezdišta 20(10) kV mreža:

a) izolirano zvjezdište

b) maloohmsko uzemljenje

c) djelomična kompenzacija

d) rezonantno uzemljenje Uzemljenje_zvjezdista_CIRED2008_SO1-18

3211.3.2011.

Prednosti i nedostaci mreža s izoliranim zvjezdištem

Prednosti mreža s izoliranim zvjezdištem:� a) prilikom zemljospoja, koji statistički predstavlja najčešći kvar, u slučaju

relativno male kapacitivne struje dolazi do samogašenja kvara ukoliko je riječ o prolaznom kvaru, odnosno kvarni vod se u tom slučaju ne isklapa, te se time pozitivno utječe na kvalitetu opskrbe električnom energijom

� b) zbog relativno male struje zemljospoja, uvjeti za izvedbu uzemljivača TS 20(10)/0,4 kV u načelu nisu problematični

� c) jednostavnost odnosno ekonomičnost izvedbe

Nedostaci mreža s izoliranim zvjezdištem:� a) u mrežama s izoliranim zvjezdištem moguća je pojava intermitirajućih

prenapona, s relativno visokim faktorom prenapona, koji mogu uzrokovati dvostruki zemljospoj u drugim dijelovima mreže

� b) unutrašnji prenaponi su viši nego u uzemljenim mrežama� c) otežana je detekcija kvarova u odnosu na uzemljene mreže� d) kod većih kapacitivnih struja ne dolazi do samogašenja struja prolaznih

zemljospojeva

3311.3.2011.

Kapacitivne struje

� Prema postojećim propisima u Hrvatskoj srednjenaponskemreže mogu biti u pogonu s izoliranim zvjezdištem uz uvjet da kapacitivne struje zemljospoja ne prelaze vrijednosti navedene u tablici.

� Ukoliko kapacitivne struje prelaze navedene veličine, preporuča se razdvajanje mreža ili uzemljenje zvjezdišta.

2010

1520

1035

Kapacitivna struja Ic [A]

Nazivni napon mreže Un [kV]

3411.3.2011.

Prilike pri kvaru uz izolirano zvjezdište

3511.3.2011.

Mreža s maloohmskim uzemljenjem

Prednosti mreža s maloohmskim uzemljenjem:

� a) jednostavna i pouzdana zaštita (u odnosu na sustav s izoliranim zvjezdištem)

� b) intermitirajući prenaponi se ne mogu pojaviti (smanjena vjerojatnost nastanka dvostrukog zemljospoja)

� c) unutrašnji prenaponi niži (u odnosu na sustav s izoliranim zvjezdištem)

Nedostaci mreža s maloohmskim uzemljenjem:

� a) svaki kvar pa tako i prolazni uzrokuju ispad napajanja, što je nepoželjno i time se smanjuje kvaliteta opskrbe električnom energijom

� b) zbog veće struje kvara (u odnosu na sustav s izoliranim zvjezdištem) otežani uvjeti za uzemljivače TS 20(10)/0,4 kV sa stajališta napona dodira, a posebno na područjima s visokim specifičnim otporom tla

3611.3.2011.

Prilike pri kvaru uz maloohmsko uzemljenje

3711.3.2011.

Mreža s djelomičnom kompenzacijom

Prednosti mreža s djelomičnom kompenzacijom:

� a) ekonomski vrlo povoljno rješenje u slučaju prethodnog uzemljenja zvjezdišta s maloohmskim otpornikom

� b) nisu potrebna dodatna ulaganja u eventualne sanacije uzemljivača TS 20(10)/0,4 kV (naponi dodira)

� c) unutrašnji prenaponi malo niži u odnosu na isti sustav s maloohmskimuzemljenjem (zbog ponovnog zadovoljenja kriterija IR : IC ≥ 1,5 : 1)

� d) nije potrebno mijenjati sustav zaštite (u odnosu na isti sustav s maloohmskim uzemljenjem)

� e) obzirom da se zadržavaju značajke maloohmskog uzemljenja, također je isključena mogućnost nastanka intermitirajućeg prenapona

Nedostaci mreža s djelomičnom kompenzacijom:

� a) obzirom da se zadržavaju značajke maloohmskog uzemljenja, vrijede isti nedostaci kao kod tog sustava uzemljenja

3811.3.2011.

Prilike pri kvaru uz djelomičnu kompenzaciju

� Kapacitivna struja nekih 20 kV mreža premašila je 100 A uz maloohmsko uzemljenje pa se za kompenzaciju kapacitivne struje, koristi spoj koje se sastoji od paralelnog spajanja ručno podesive prigušnice k postojećem maloohmskom otporniku

3911.3.2011.

Rezonantno uzemljenje

� Osnovni razlog za ugradnju automatskih kompenzacijskih prigušnica (Petersenovihprigušnica) za rezonantno uzemljenje je povećana pouzdanosti napajanja. Osim toga automatskom prigušnicom vrši se i kompenzacija kapacitivnestruje mreže.

4011.3.2011.

Rezonantno uzemljenjePrednosti mreža s rezonantnim uzemljenjem:� a) zahvaljujući maloj struji kvara omogućeno je samogašenje kvarova, te

stoga svaki kvar ne uzrokuje ispad voda (usporedba s maloohmskimuzemljenjem), što pridonosi povećanju kvalitete opskrbe električnom energijom

� b) opasnost od previsokih potencijala na uzemljivačima TS 20(10)/0,4 kV svedena na minimum te stoga nisu potrebni izdaci za eventualno saniranje uzemljenja

� c) prilikom gašenja električnog luka povratni napon sporije raste nego kod ostalih uzemljenja te je stoga prag samogašenja povećan (eksperimentalno je utvrđeno da iznosi 60 A); iz istog razloga manji broj jednopolnih kvarova se razvije u višepolne kvarove, pa je također i s tog aspekta broj kvarova manji kod rezonantnog uzemljenja nego pri izoliranom zvjezdištu (pri jednakim uvjetima)

Nedostaci mreža s rezonantnim uzemljenjem:� a) slaba osjetljivost na visokoohmske kvarove (eventualna potreba za

sofisticiranijom zaštitom)� b) kompenzacijska prigušnica s opremom predstavlja znatan investicijski trošak

4111.3.2011.

Prilike pri kvaru uz rezonantno uzemljenje

� Osnovni razlog za ugradnju automatskih kompenzacijskih prigušnica (Petersenovihprigušnica) za rezonantno uzemljenje je povećana pouzdanosti napajanja. Osim toga automatskom prigušnicom vrši se i kompenzacija kapacitivne struje mreže.

4211.3.2011.

Primjer ugradnja automatske kompenzacijske prigušnice u TS 110/20 kV

DIC - uređaj za utiskivanje strujeSAA - uređaj za automatsku regulaciju prigušniceCCIC - uređaj za upravljanje položajima prigušnice

Pomoću uređaja za utiskivanje struje i utisnog transformatora utiskuje se struja u mrežu i to između jedne faze i zemlje. Utiskivanje se koristi za izračun kapacitivne struje mreže. Utiskivanje se vrši u slučaju promjene uklopnih stanja mreže.

cik-cak namot

kompenzacijskaprigušnica

4311.3.2011.

Uzemljenje srednjenaponskih mreža

� Kriteriji za uzemljenje zvjezdišta srednjenaponskihmreža

11.3.2011.

FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA

ZAVOD ZA ELEKTROSTROJARSTVOI AUTOMATIZACIJU

Zaštita transformatora

4511.3.2011.

Općenito o kvarovima

� Transformatori se relativno rijetko kvare

� U slučaju kvara, provedu duže vrijeme van pogona od ostalih elemenata EES-a

� Kad se te dvije stvari uzmu u obzir, transformatori su ponajviše izvan pogona

� Postoje zaštite specifične za transformator: Buchholzov relej, zaštita kotla, diferencijalna zaštita…

4611.3.2011.

Uzroci kvarova

Električne prirode

� Dugotrajnija preopterećenja

� Kratki spojevi

� Zemljospojevi

� Prijelazni prenaponi

Neelektrične prirode

� Problemi sa strujanjem vode ili ulja

� Problemi sa strujanjem zraka kod suhih transformatora

4711.3.2011.

Nenormalna pogonska stanja transformatora

� Zbog kvarova dolazi do nenormalnih pogonskih stanja. Ako se na vrijeme ne poduzmu mjere uklanjanja takvih pogonskih stanja, može doći do težih oštećenja.

� Nenormalna pogonska stanja transformatora su:

� Preveliko strujno opterećenje transformatora

� Prevelika struja pri kratkim spojevima u mreži koja teče kroz transformator

� Nedozvoljeno zagrijavanje

4811.3.2011.

Kratki spojevi

� Transformatori mogu biti pogođeni unutarnjim ili vanjskim kratkim spojevima, što može rezultirati unutarnjim elektromagnetskim silama, povišenjem temperature i pojavom luka.

� Transformatori s malom impedancijom kratkog spoja mogu imati vrlo velike struje kratkog spoja.

� Dugotrajnije struje kratkog spoja mogu dovesti do termičkih oštećenja transformatora.

� Postoji više uređaja koji pomažu u otkrivanju i otklanjanju ove vrste kvara. Prva grupa se temelji na otkrivanju plinova i koristi se za otkrivanje unutarnjih kvarova. Druga grupa se temelji na izravnom mjerenju veličine struje kratkog spoja.

4911.3.2011.

Uređaji za otkrivanje plinova

� Uređaji za otkrivanje plinova najčešće reagiraju na kratke spojeve manjeg iznosa prije nego se dogodi ikakva šteta. Tada reagiraju s vrlo malim vremenskim kašnjenjem.

� Kod većih struja kratkih spojeva prije će reagirati ostali zaštitni uređaji, iako niti uređaji za otkrivanje plinova neće mnogo kasniti.

5011.3.2011.

Izravno otkrivanje struje kratkog spoja

� Uređaji koji izravno otkrivaju struje kratkog spoja su osigurači, nadstrujnii diferencijalni releji. Bez obzira o kojoj se od tih vrsta zaštite radi, potrebno je da reagira prije nego što iznos struje i trajanje kratkog spoja prijeđu ograničenja koja je zadao proizvođač transformatora.

� Šteta na transformatoru, naime, može nastati zbog udarnih ili termičkih naprezanja. Kod transformatora u pravilu više štete nastane zbog udarnih (mehaničkih) naprezanja. Povišenje temperature najčešće ostaje u granicama dozvoljenog. Potrebno je uzeti u obzir kako su štete na transformatoru kumulativne. To znači da je isti uzrok kvara opasniji za transformator kojemu se dogodilo više kvarova. Izbor zaštite od struja kratkog spoja ovisi o karakteristici samog transformatora koja prikazuje koliko dugo transformator može podnijeti određeni iznos struje. Ponekad se za transformator može zadati i više od jedne krivulje zaštite.

5111.3.2011.

Prijelazni prenaponi� Prijelazni prenaponi su najčešći uzročnici kvarova, uz sklapanja i slične

poremećaje. Rezultiraju različitim probojima:� Proboj namota prema tijelu transformatora� Proboj između visokonaponskog i niskonaponskog namota� Proboj između faza

� U svakom od navedenih slučajeva potrebno je razlikovati dvije vrste proboja:� Proboj od prenapona, koji obično nemaju snage da podrže luk, već odmah nestanu i� Proboj od udarnih valova većih snaga ili od pogonskih prenapona, koji odmah razvijaju

luk i tope bakar.

� Prenaponi koji odmah nestanu naprave rupicu na izolaciji. Tu rupicu zalije ulje tako da ostane vidljiva samo crna točkica na izolaciji. Izolacija je na tom mjestu oslabljena, ali ne toliko da bi je pogonski napon mogao probiti. Kod otvaranja transformatora, koji je bio dulje vrijeme u pogonu, može se pod povećalom naći više sitnih, crnih točkica. Nakon više takvih prenapona, izolacija sve više slabi, dok je konačno pogonski napon ne probije. Posljedica toga su visoka i temperatura i velika toplina prilikom slijedećeg proboja, što uzrokuje topljenje bakra.

5211.3.2011.

Ferorezonancija

� Ferorezonancija je pojava koja se očituje povišenjem napona na transformatoru. Nastaje zbog nelinearnog elementa u nadomjesnom krugu – zasićenja jezgre transformatora. Do ferorezonancije dolazi međudjelovanjem sljedećih pojava:� ne postoji opterećenje na transformatoru,

� jedan ili dva primarna izvoda transformatora nisu spojena, a određena električna energija prolazi kroz transformator,

� mjesto odspajanja je daleko od transformatora,

� postoji razlika potencijala između odspojenog izvoda i zemlje.

� Rizik od ferorezonancije se može smanjiti tako da je teret na sekundaru priključen prilikom jednofaznog preklapanja na primaru, korištenjem prekidača na primaru.

5311.3.2011.

Atmosferski prenaponi

� Odvodnici prenapona su potrebni u slučajevima kad su na primar ili sekundar transformatora spojeni vodiči izloženi udarima groma. Najbolje bi bilo da se postave što je moguće bliže izvodima transformatora. Izbor odvodnika prenapona ovisi o naponu sustava i (ne)postojanju uzemljenja.

5411.3.2011.

Vrste zaštite

Zaštita od unutarnjih kvarova

• Diferencijalna zaštita transformatora

• Bucholzov relej (plinska zaštita)

• Kotlovska zaštita

• Zemljospojna zaštita

• Nadstrujna zaštita bez vremenskog usporenja

Zaštita od vanjskih kvarova

• Nadstrujna zaštita bez vremenskog usporenja

• Distantna zaštita

• Toplinska zaštita

5511.3.2011.

Bucholzov relej

Detektira plinove u transformatoru� Mogući uzroci:

o Preskoci u transformatoru

o Zagrijavanje uslijed proboja izolacije vodiča

o Protjecanje struje kvara

� Princip:o Plinovi se izdižu i prolaze kroz cijev

o Što je veći kvar veće je i strujanje

o Bucholzov relej se nalazi u samoj spojnoj cijevi

o Ovisno o veličini kvara, zatvara se jedan od kontakata ili oba

o Gornji kontakti zatvaraju krug za signalizaciju, a donji za isklapanje transformatora

o Gornji kontakt se zatvara u slučaju manjeg kvara

o Donji kontakt se zatvara u slučaju većeg kvara

o Oba kontakta se zatvaraju u slučaju propuštanja ulja u kotlu

5611.3.2011.

Bucholzov relej na uzbudnom transformatoru turbogeneratora u termoelektrani

5711.3.2011.

Diferencijalna zaštita

Diferencijalni relej uspoređuje struje na primarnoj i sekundarnoj strani

Razlika struja mora biti veća od podešenog iznosa (npr.30% nazivne struje transformatora), pa će diferencijalni relej djelovati isključenjem prekidača transformatora

Slučaj vanjskog kvara

Slučaj unutrašnjeg kvara

1 2difI i i= −

5811.3.2011.

Diferencijalni releji

� Problemi i rješenja: o Struja uklapanja prolazi samo kroz primarni namot - Vremenski relej

(odgoda pri uklapanju)

o Struja magnetiziranja prolazi samo kroz primarni namot, kod povišenog napona može biti nezanemariva; Promjena prijenosnog omjera kod regulacijskog transformatora - Djeluje ako razlika struja dosegne npr. čak 30% nazivne vrijednosti

o Odnos primarne i sekundarne struje ovisi o prijenosnom omjeru, postoji pomak struja u fazi prema satnom broju - Transformacija struje razlike preko pomoćnog strujnog transformatora

� Kako bi se spriječilo neželjeno djelovanje, izvode se stabilizirani

diferencijalni releji, koji imaju dva sustava: kroz jedan protječe razlika struja

Idif, a kroz drugi protječe zbroj struja Is:

� Do zatvaranja kontakata releja dolazi kad vrijedi:

1 2SI k i i= ⋅ +

Sdif IkI ⋅>

5911.3.2011.

Diferencijalni relej s dodatnim funkcijama

� Djelovanje releja – iznad podesivih pravaca m1 i m2, uz podešenjeminimalnog iznosa Idif /In

6011.3.2011.

Primjer: Podaci diferencijalnog releja

� Primjer podešenja djelovanja diferencijalnog releja za transformator

6111.3.2011.

Distantni relej

� Zbog dugog vremena djelovanja nadstrujnih i usmjerenih releja, i njihove nemogućnosti selektivnog djelovanja u kompliciranijim mrežama, upotrebljava se distantna zaštita.

� Njeno vrijeme djelovanja raste s udaljenošću kratkog spoja od releja. Time se postiže selektivnost u mreži bez obzira na konfiguraciju.

� Distantni relej se zasniva na činjenici da impedancija raste s udaljenošću od mjesta kvara. Kod prikazivanja djelovanja distantnog releja koristi se koordinatni sustav sa središtem u ishodištu.

� Kad impedancija padne ispod granične vrijednosti, odnosno polumjera kružnice, dolazi do djelovanja releja. Vidljivo je kako će relej djelovati bez obzira na smjer struje, odnosno s koje god strane se nalazi kratki spoj.

6211.3.2011.

Zaštita transformatora mjerenjem napona kotla prema zemlji

� Kotao transformatora relativno je slabo spojen sa zemljom preko kotača na njegovu dnu. Dođe li do preskoka između dijelova pod naponom i kotla, ili dijelova koji su galvanski povezani s kotlom, kotao će biti na određenom naponu prema zemlji.

� Ako još bolje izoliramo kotače transformatora od zemlje, bit će moguće ustanoviti i pojavu manjih napona između kotla i zemlje.

� Mjerenjem napona između transformatora i zemlje moguće je ustvrditi postoji li kvar.

� U stvarnosti se koristi nadnaponski relej, podešen na relativno nizak napon. Relej djeluje na isklapanje prekidača bez vremenskog zatezanja.

6311.3.2011.

Kontrola rashladnog sredstva i izolacije

Kontrola temperature ulja

� Temperatura ulja - najviša ispod poklopca transformatora – tu se mjeri.

� To mjerenje ne može zamijeniti zaštitu od preopterećenja koje utječe na temperaturu namota. Veza između temperature namota i ulja postoji pri manjim promjenama opterećenja. Pri većim, temperatura namota će porasti, a temperatura ulja ostati ista.

Kontrola strujanja ulja i vode

� Provjerava se postoji li u transformatorima s prisilnim strujanjem ulja ili hlađenim vodom strujanje ulja odnosno vode.

� Zbog toga se ugrađuje tlačni vod ili zaklopka koja lebdi kad postoji strujanje, ili kontaktni manometar. Prestankom strujanja spušta se zaklopka, odnosno pada tlak, što dovodi do zatvaranja kontakata i nadalje do signala osoblju da hlađenje transformatora ne funkcionira.

6411.3.2011.

Kontrola temperature namota

Mjerenje temperature termoelementom

� Mjerenje temperature termoelementom ili otporničkim termometrom ugrađenim u sam namot je direktan način mjerenja temperature. Otpornički termometar povoljniji je u pogledu izolacije. Niti jedno od rješenja, ipak, nije dovoljno dobro u praksi. Naime, smanjuje se pogonska sigurnost unošenjem osjetljivog elementa u robusnu konstrukciju transformatora.

Termička slika

� Termička slika je vrlo pogodno rješenje za mjerenje temperature namota. U kućište releja, van transformatora, stavi se svitak jednake vremenske konstante kao što je ima namot prema ulju. Unutar svitka nalazi se termoelement za mjerenje temperature. Kroz svitak se propusti struja proporcionalna struji opterećenja. Temperatura u svitku vjerno prati promjene temperature u namotu.

6511.3.2011.

Kontrola strujanja zraka

� Suhi transformatori najčešće spadaju u jednu od sljedeće četiri skupine:

� Otvoreni ventilirani

� Filtrirani ventilirani

� Neventilirani

� Sa zatvorenim zrakom ili punjeni plinom

� Kod suhih transformatora potrebno je osigurati dovoljne količine zraka na prikladnoj temperaturi. Ako dođe do kontaminacije izolacijskih kanala, smanjuje se količina zraka što dovodi do pregrijavanja. Zbog toga se ugrađuje uređaj za mjerenje temperature sa sondama postavljenim u kanale u namotu i kontakte.

6611.3.2011.

Kako odabrati zaštitu?

� Obavezno nadstrujna zaštita (zaštita od vanjskih kratkih spojeva)

� Mali transformatori: osigurači

� Veći transformatori: releji

� Bucholzov relej za transformatore iznad 400 kVA

� Diferencijalna zaštita za transformatore iznad 3 MVA

� Termički relej za transformatore iznad 4 MVA

� Diferencijalni releji s uređajem za sprječavanje pogrešnog djelovanja pri uklapanju iznad 10 MVA

6711.3.2011.

Zaštita većih transformatora (110/x kV)

Distantna zaštita

Nadstrujna zaštitaza višepolne kvarove

Nadstrujna zaštita za jednopolne kvarove

Bucholzov relejTermička zaštitaTermo slikaZaštita kotlaProtupožarna zaštita

Diferencijalna zaštita

6811.3.2011.

Zaštita manjih transformatora (x/0,4 kV)

Nestanak napona napajanja

Nadstrujna zaštita

Zemljospojnazaštita

Zaštita od zatajenja prekidača

6911.3.2011.

Jednostruko i dvostruko napajano postrojenje

Izvor 1 Izvor 2Izvor

7011.3.2011.

Zaštita transformatora s dva praga

NN zaštita

VN zaštita

Struja uključenja%50

2

ˆτ

ht

u eI −

Δt

t

td

tNN

tg

2

IIn

Ip,NN

Idp,VN

ITr 0,8IKS,min,NN VN0,8IKS2,min,VN

IKS,max,VNIgp,VN

IKS,max,NN

I

7111.3.2011.

Oznake struja i vremena kašnjenja

In - nominalna struja transformatora

Ip , NN - podešenje praga zaštite prekidača na NN sekundaru (kratko zatezanje)

Idp ,VN – donji prag VN zaštita prekidača

IKS,max, NN - maksimalna NN struja kratkog spoja

Îu - struja uključenja transformatora (prvi maksimum)

Igp ,VN – gornji prag VN zaštita prekidača

IKS2,min,VN - minimalna struja dvopolnog kratkog spoja na VN strani

IKS,max,VN - maksimalna struja kratkog spoja na VN strani

tg VN - vrijeme kašnjenja gornjeg praga zaštite

td VN - vrijeme kašnjenja donjeg praga zaštite

tNN – vrijeme kašnjenja zaštite prekidača na sekundarnoj NN strani

- vrijednost maksimalne struje uključenja transformatora pri t = th

IKS,min, NN VN - minimalna struja detektirana VN zaštitom za vrijeme kratkog spoja na NN strani

ITr – maksimalna prijelazna struja

%50ˆ τ

ht

u IeI−

=

11.3.2011.

FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA

ZAVOD ZA ELEKTROSTROJARSTVOI AUTOMATIZACIJU

Zaštita motora

7311.3.2011.

Zaštita motora

� Najčešće zadaće releja za zaštitu visokonaponskih motora:� zaštita od preopterećenja� nadzor termičkog stanja motora� kratkospojna zaštita� zaštita od nesimetrije u faznim strujama, zaštita od nestanka faze i

zaštita od krivog redosljeda faza� zemljospojna strujna zaštita� zaštita od predugog zaleta� zaštita od kočenja rotora tijekom rada motora� vanjski nalog za isklop (podnaponska ili podfrekvencijska zaštita)� podstrujna zaštita� ograničenje ukupnog trajanja pokretanja unutar određenog

vremena� mogućnost blokiranja termičke karakteristike za omogućavanje

starta nekih motora

7411.3.2011.

Kvarovi na motorima

� Podjela opasnih stanja prema uzroku nastanka i uz odgovarajuću zaštitu prema podacima tvrtke ABB

26%

30%

20%

5%

19% Dugotrajno pregrijavanje

- zaštita od termičkog preopterećenja

Kvar izolacije

- zaštita od kratkog spoja i zemljospoja

Kvar rotora ili ležajeva

- nadzor starta i termički senzor

Kvar zaštite

- kontinuirano samotestiranje zaštitnog releja

Ostali uzroci

- ostale zaštitne funkcije/ kvarovi koje nije

moguće otkriti

7511.3.2011.

Preporuka IEEE za zaštitu VN motora Trajna struja

0 – 3 kA

Nazivni napon

4,16 – 38 kV

Prekidna moćkod maksimalnog nazivnog napona

3,5 – 41 kA

27

27

27/47

27/47

81

1

1

1

1

1

Podnapon

Trenutni podnaponski relej

Podnaposnki relej s vremenskim zatezanjem

Podnaponski relej sa simetričnom komponentom

Podnaposnki relej s nadzorom releja simetrične komponente

Podfrekventni relej (prema potrebi)

46

47

1

1

Fazna ravnoteža

Relej za faznu ravnotežu struja

Naponski relej za inverznu komponentu

51N

50G ili 51G

1

1

Zemljospoj

Prekostrujni relej s vremenskim zatezanjem u rezidualnom spoju

Trenutni ili prekostrujni relej s vremenskim zatezanjem s obuhvatnim transformatorom

50/51

50

87

87

2 ili 3

3

3

3

Kratki spoj

Prekostrujni relej s vremenskim zatezanjem s dodatkom za trenutno djelovanje

Prekostrujni relej s vremenskim zatezanjem s inverznom karakteristikom

Diferencijalni relej

Diferencijalni relej s uravnotežavanjem primarne struje

26

50/51R

1

1

Zakočen rotor

Termički relej za prigušni namot

Prekostrujni relej s vremenskim zatezanjem s dodatkom za trenutno djelovanje

49

51

49

2 ili 3

2 ili 3

1

Preopterećenje

Termički prekostrujni relej

Prekostrujni relej s vremenskim zatezanjem

Termički relej spojen na otpornički osjetnik temperature ili termočlan u statorskom namotu

ANSI oznaka

BrojTip releja za statorsku zaštitu

7611.3.2011.

Preporuka opsega zaštite (prema SIEMENS)

38Zaštita pomoću vanjskog RTD člana

50BFZaštita od kvara prekidača

37Podstrujna zaštita

27Podnaponska zaštita

46Zaštita od inverzne komponente struje

50, 51Prekostrujna zaštita

50G

64G, 67G

Zemljospojna zaštita

(neusmjerena, usmjerena)

48Nadzor vremena pokretanja

66, 49RSprečavanje ponovnog pokretanja

49Zaštita od termičkog preopterećenja statora

Zaštita srednjih motora snage 500kW – (1-2)MW

46Zaštita od inverzne komponente struje

50, 51Prekostrujna zaštita

50GZemljospojna zaštita

48Nadzor vremena pokretanja

49Zaštita od termičkog preopterećenja statora

Zaštita malih motora snage 100kW – 500kW

ANSI oznakaZaštitna funkcija

38Zaštita pomoću vanjskog RTD člana

50BFZaštita od kvara prekidača

81Frekventna zaštita

32UZaštita aktivne snage

37Podstrujna zaštita

27Podnaponska zaštita

46Zaštita od inverzne komponente struje

50, 51Prekostrujna zaštita

87MDiferencijalna zaštita

50G

64G, 67G

Zemljospojna zaštita

(neusmjerena, usmjerena)

48Nadzor vremena pokretanja

66, 49RSprečavanje ponovnog pokretanja

49Zaštita od termičkog preopterećenja statora

Zaštita velikih motora snage iznad 2MW

ANSI oznakaZaštitna funkcija

7711.3.2011.

Zaštita sabirnica

� Tipični uzroci kvarova na sabirnicama su:

� visoka mehanička naprezanja,

� neodgovarajući spojni materijal,

� proboji izolacije naponskih mjernih transformatora,

� preskoci na izolaciji sabirnica ili aparata priključenih na njih,

� premoštenja izolacije koja izazivaju životinje.

7811.3.2011.

Zaštita sabirnica

Zaštita sabirnica nadstrujnim relejima u susjednim postrojenjima

A B

C

t

I>

I>

t

t1

2

(2 - 4 s)

lI> I>> I> I>>

I> I>>

BlokadaT

VN

SN

Nadstrujna zaštita SN sabirnica

7911.3.2011.

Automatski ponovni uklop

� Kvarove prema karakteru i njihovom trajanju možemo podijeliti na prolazne, polutrajne i trajne.

� Većina kvarova su prolazni kvarovi (oko 80% ukupnih kvarova) koji se mogu ukloniti kratkotrajnim isključenjem prekidača, tako da se nakon ponovnog uključenja prekidača taj kvar više ne ponavlja. U tu svrhu služi automatsko ponovno uključenje prekidača (APU).

� Prednosti automatskog ponovnog uklopa na srednjem naponu su skraćivanje prekida opskrbe potrošača električnom energijom, ali i ekonomičnost (eliminiranje troškova koji bi postojali za pogonsko osoblje).

� APU koristimo samo za nadzemne vodove na srednjenaponskim i visokonaponskim vodovima (na visokom naponu važni su problemi vezani za stabilnost i sinkronizaciju).

8011.3.2011.

Automatski ponovni uklop

Prema brzini djelovanja razlikujemo:

� vrlo brzi APU ( 0,2 – 0,7 s )

� brzi APU ( 0,7 – 1,5 s )

� spori APU ( 1,5 – 40 s )

� vrlo spori APU (nakon nekoliko minuta)

� U praksi se često koristi višekratni APU (do 4 puta) na način da se nakon prvog uklopa ˝očisti˝ oko 80% prolaznih kvarova.

� Drugi uklop se izvodi nakon određene vremenske odgode (15 do 45 sekundi) i njime se ˝očisti˝ oko 10% preostalih prolaznih kvarova.

� Trećim uklopom se ˝očisti˝ oko 2% ostalih prolaznih kvarova, a izvodi se nakon vremenske odgode u trajanju od 60 do 120 sekundi.

� U slučaju da kvar ni nakon trećeg uklopa nije otklonjen uređaj za APU se blokira.