capitole final

CUPRINSCUPRINS.............................................................................................Error: Reference source not found Cap.1. INTRODUCERE......................................................................Error: Reference source not found Cap. 2. PRODUCEREA ENERGIEI ELECTRICE FOLOSIND RESURSE DE ENERGIE REGENERABILE...................................................................Error: Reference source not found 2.1. Introducere.................................................................................Error: Reference source not found 2.2. Energie eolian..........................................................................Error: Reference source not found 2.3. Energia solar............................................................................Error: Reference source not found 2.3.1. Panouri solare.....................................................................Error: Reference source not found 2.3.2. Celulele solare (panourile fotovoltaice).............................Error: Reference source not found 2.4. Energie geotermal....................................................................Error: Reference source not found 2.5. Energia termofotovoltaic.........................................................Error: Reference source not found 2.6. ENERGIA APEI (hidraulic)...................................................Error: Reference source not found 2.7. Energie derivat din biomas....................................................Error: Reference source not found 2.8.Concluzii....................................................................................Error: Reference source not found Capi.3. PREZENTAREA SITUAIEI ACTUALE A PROTECIILOR I AUTOMATIZRILOR DIN REEAUA DE DISTRIBUIE A ENERGIEI ELECTRICE.. Error: Reference source not found 3.1. Generaliti................................................................................Error: Reference source not found 3.2. Proteciile circuitelor din staia de analizat - Fratelia...............Error: Reference source not found Cap. 4. IMPACTUL GENERRII DISTRIBUITE (DG) ASUPRA PROTECIILOR.................Error: Reference source not found 4.1. Impactul tipului generatorului...................................................Error: Reference source not found 4.2. Impactul asupra curenilor de scurtcircuit................................Error: Reference source not found 4.3. Influena generrii distribuite asupra sensibilitii proteciei fiderului.....Error: Reference source not found 4.4. Influena generrii distribuite asupra selectivitii proteciei fiderului.....Error: Reference source not found 4.5. Influena generrii distribuite asupra RAR-ului.......................Error: Reference source not found Cap. 5. STUDIUL IMPACTULUI GENERRII DISTRIBUITE ASUPRA PROTECIILOR....Error: Reference source not found 5.1. Prezentarea schemei principale.................................................Error: Reference source not found 5.2. Calculul parametrilor elementelor de reea n u.r.....................Error: Reference source not found

Studiu privind impactul generrii distribuite asupra funcionrii proteciilor reelelor electrice de distribuie

5.2.1. Calculul parametrilor transformatoarelor in uniti relative........Error: Reference source not found 5.2.2. Calculul parametrilor tronsoanelor liniilor att la LEA ct i la LES n uniti relative: .......................................................................................................Error: Reference source not found 5.3. Studiul influena DG asupra proteciilor reelei de distribuie Error: Reference source not found Cap. 6. CONCLUZII............................................................................Error: Reference source not found BIBLIOGRAFIE......................................................................Error: Reference source not found

2


Capitolul 1

INTRODUCERECreterea consumului de energie electric, reducerea rezervelor de petrol, gaze, crbune, precum i ngrijorarea privind nclzirea global au condus la o intensificare a preocuprilor la nivel mondial pentru gsirea de noi resurse de energie, care s fie inepuizabile i s nu polueze mediul nconjurtor. Totodat se dorete o eficientizare a sistemelor electroenergetice prin reducerea pierderilor de putere i energie electric n reelele de transport i distribuie, iar producerea local a energiei electrice, ct mai aproape de consumatori, are un efect benefic att asupra ncrcrilor liniilor, tensiunilor n noduri, ct i asupra pierderilor de putere n reea. Unitile de generare care folosesc resurse de energie regenerabile sunt, n general, de puteri mici i pot fi distribuite n nodurile de consum ale reelelor de distribuie. Amplasarea acestor unitii de generare distribuit (DG) n nodurile reelelor de distribuie pe lng avantaje pot crea unele probe operatorilor de reea,una fiind conectarea la reea. Problema conectrii la reeaua de distribuie atrage dup sine cteva consecine cum ar fi: profilul tensiunii variaz n lungul reelei n funcie de puterea produs i consumat la nivelul sistemului conducnd la o comportare diferit de cea specific unei reele unidirecionale; nivelurile de scurtcircuit cresc; pierderile datorate sarcinii se modific n funcie de nivelurile de producie i de sarcin; congestia n laturile reelei este funcie de nivelurile de producie i de sarcin; calitatea energiei electrice i fiabilitatea pot fi afectate Se tie c proteciile din sistemul electroenergetic au drept scop principal detectarea avariei i deconectarea elementului avariat n vederea evitrii extinderii avariei i a revenirii ct mai rapide la regimul normal de funcionare pentru restul sistemului. Performanele impuse unei bune protecii sunt legate de selectivitatea proteciei, sensibilitatea acesteia, rapiditate, fiabilitatea n funcionare etc. Distribuia n nodurile reelei a unor uniti de generare poate crea probleme privind performana sistemelor de protecie existente. Unitile de generare contribuie la creterea curenilor de scurtcircuit din reea, dar totodat prin contribuia lor la curentul de scurtcircuit total este redus valoarea curentului furnizat de reeaua public, ceea ce are ca efect un curent de valoare mai mic vzut de protecia fiderului cu DG. n acest caz, protecia fiderului cu DG poate s nu acioneze, ceea ce are ca i consecin parcurgerea de cureni de valori mari a unor elemente de reea pe o durat mai mare de timp. Aceasta are ca efect solicitarea termic a acelor elemente i chiar distrugerea lor. Una dintre consecinele care apar la conectarea DG la reeaua de distribuie este prezentat n prezentul proiect de licen intitulat Studiul privind impactul generrii distribuite asupra funcionarii proteciilor n reelele de distribuie. Consecina care este practic prezentat n proiect este creterea curenilor de scurtcircuit, consecin care atrage dup sine influena generrii distribuite asupra funcionarii proteciilor. In primul capitol sunt sursele de energie regenerabil care pot fi convertite in energie util i anume n energie electric. Aceste surse de energii regenerabile sunt: energia eolian, energia solar ,energia geotermal, energia apei, energia derivat din biomas ,energia termofotovoltaic i pile de combustie. In al treilea capitol sunt prezentate automatizrile i proteciile liniilor i echipamentelor electrice bazate pe relee electrice asupra creia am studiat influena generrii distribuite.

3


Acest captiol se caracterizeaz prin existena unui numr mare de echipamente ,conceput fiecare pentru o aplicaie distinct ,interconectate prin fire conductoare n vederea ndeplinirii proteciei. In al patrulea capitol este prezentat impactul generrii distribuite asupra proteciilor, n care se vorbete despre calitile proteciilor care sufer in urma impactului generrii distribuite asupra lor. Aceste caliti se refer la sensibilitate proteciei care este afectat de curentul dat n plus de generarea distribuit ,la selectivitate care este afectat de circulaia n sens invers a curentului debitat de generatorul din cadrul generrii distribuite. In ultimul capitol i anume capitol cinci este prezentat studiul practic privind influena generrii distribuite asupra proteciilor. In aceast etap am studiat creterea i totodat scderea curenilor de scurtcircuit, care depind de locul de amplasare a DG dar i de locul unde se produce scurtcircuitul. Pe baza acestor valori ale curenilor de scurtcircuit am constatat c generarea distribuit are mari influene asupra funcionarii proteciilor. In consecin importana proiectului este c n funcie de locul de amplasare a generrii distribuite (DG) ea poate contribui la acionarea automatizrilor i proteciilor electrice din cadrul reelei unde nu avem defect, lsnd astfel consumatorii nealimentai.

4


Capitolul 2

PRODUCEREA ENERGIEI ELECTRICE FOLOSIND RESURSE DE ENERGIE REGENERABILE2.1. IntroducereEnergia regenerabil se refer la forme de energie produse prin transferul energetic al energiei rezultate din procese naturale regenerabile. Astfel, energia luminii solare, a vnturilor, a apelor curgtoare, a proceselor biologice i a cldurii geotermale pot fi captate de ctre oameni utiliznd diferite procedee. Sursele de energie regenerabil sunt abundente, larg rspndite, nepoluante i disponibile local. Ele provin direct sau indirect de la soare i cuprind lumina, cldura i vntul. Pot fi folosite pentru producerea direct a cldurii fr nici un proces de conversie sau pot fi convertite n electricitate. Tehnologiile de energii regenerabile care folosesc direct soarele sunt: Panouri solare care absorb cldura de la soare pentru a asigura ap cald; Celule fotovoltaice care utilizeaz lumina solar pentru a produce electricitate. Tehnologiile regenerabile care folosesc indirect soarele cuprind: Turbinele eoliene care convertesc aerul n micare n electricitate. Vntul este micarea aerului datorat diferenelor de temperatur cum ar fi temperaturile aerului deasupra uscatului i deasupra mrii; Biomasa, prin culturile care au nevoie de lumina solar pentru a crete i care sunt apoi arse pentru a produce cldur; Pompele de cldur care concentreaz cldura redus absorbit de aer, sol sau ap n timpul verii pentru a asigura cldura pentru cldiri n timpul iernii. Diversele tehnologii sunt descrise pe scurt i apoi sunt discutate avantajele produciei locale de cldur i electricitate. Aceste resurse sunt, n chip evident, limitate la existena zcmintelor respective i sunt considerate n general (a se vedea teoria academicianului romn Ludovic Mrazec de formare anorganic a ieiului i a gazelor naturale) ne-regenerabile. Dintre sursele regenerabile de energie fac parte: energia eolian energia solar energia apei energia hidraulic energia mareelor energia geotermic energie derivata din biomasa: biodiesel, bioetanol, biogaz Toate aceste forme de energie sunt valorificate pentru a servi la generarea curentului electric, apei calde, etc. Investiiile globale anuale n energia regenerabil au crescut n ultimii ani de la 39 de miliarde de dolari n 2005 la 55 de miliarde de dolari n 2006. Pentru anul 2007 investiiile vor atinge un nivel de 100 miliarde dolari [1].

5


2.2. Energie eolianEnergia eolian este energia coninut de fora vntului ce bate pe suprafaa pmntului. Prin conectarea unui rotor la un generator electric, turbinele de vnt moderne transform energia eolian, ce nvrte rotorul, n energie electric. O turbin eolian este un dispozitiv ce transform micarea cinetic a palelor unei elice n energie mecanic. Dac aceast energie mecanic este apoi transformat n electricitate avem de-a face cu un generator alimentat cu vnt /convertor de energie eolian. Principiu de funcionare al sistemului se bazeaz pe un principiu simplu i anume vntul pune n micare palele care la rndul lor acioneaz generatorul electric. Sistemul mecanic are n componen i un multiplicator de vitez care acioneaz direct axul central al generatorului electric. Curentul electric obinut este, fie transmis spre nmagazinare n baterii i folosit apoi cu ajutorul unui invertor DC-AC n cazul turbinelor de mic capacitate , fie livrat direct reelei de curent alternativ ( AC) spre distribuitori.

Fig. 1.[9] Elementele componente ale acestui sistem de producere a energiei sunt urmtoarele: 1. Pale Forma si concepia lor este eseniala pentru a asigura fora de rotaie necesar. Acest design este propriu fiecrui tip de generator electric. 2. Nacela Conine generatorul electric asigurnd i o protecie mecanic 3. Pilon Asigur structura de susinere i rezistena a ansamblului superior. 4. Fundaie Asigur rezistena mecanic a generatorului eolian. Puterea maxim pe care o poate produce un generator eolian reprezint numai o parte din puterea maselor de aer, conform legii fizicianului german Betz care pune n eviden faptul c, teoretic, nu poate fi preluat din energia vntului dect cel mult 59%. n realitate, fabricanii de generatoare eoliene au ajuns la concluzia c pentru a proteja generatoarele eoliene, puterea efectiv pe care o pot produce acestea este de cel mult 47% din energia vntului.

6


Este foarte puin controlabil, fiind total dependent de viteza i durata vntului, care au un grad mare de volatilitate. Generatoarele eoliene funcioneaz atunci cnd viteza vntului atinge o anumit valoare minim: 3,5-5 m/s i nu depete o valoare maxim: 25-30 m/s. Generatoarele eoliene sunt foarte sensibile la parametrii energiei electrice din SEN, putnd fi scoase din funcionare de variaii care pot aprea destul de des n funcionarea normal a SEN: goluri de tensiune, variaii de frecven i alte fenomene tranzitorii. Experiena mondial arat c, pentru a putea menine sigurana n funcionare a SEN, este necesar ca, pentru un MW instalat n centrale eoliene, s se asigure 0,6 0,8 MW instalai n centrale clasice cu scopul de rezervare. Dependena generrii eoliene de condiiile de vnt conduce, chiar atunci cnd bate vntul, la o producie limitat, la o ncrcare condiionat de mai muli factori meteorologici: viteza, direcia i durata vntului. Rezult c nu se poate garanta acoperirea unui anumit consum de energie electric cu producia centralelor eoliene. De aceea, este necesar ca n sistem s existe alte generatoare destinate rezervrii generrii eoliene, care trebuie s permit pornirea i ncrcarea rapid pn la sarcina maxim i s dispun n orice moment de suficiente resurse primare (combustibili sau ap). Un aspect important este legat de dimensionarea RET n vederea evacurii puterii din centralele eoliene la palierele de consum de var gol de noapte, cu luarea n considerare a perioadelor de mentenan a liniilor, transformatoarelor i autotransformatoarelor. Criteriul N-1 de dimensionare a reelelor electrice trebuie s se verifice la gol de sarcin, corobornd retragerile din exploatare pentru realizarea programului de mentenan cu producia maxim n centralele eoliene. Soluia propusa ca centralele eoliene sa nu aib consecine negative asupra SEN, cuprinde urmtoarele aspecte: s menin sigurana n funcionare a SEN; s asigure respectarea parametrilor tehnici de calitate ai serviciilor de transport i de sistem; s realizeze transportul energiei electrice fr congestii de reea pentru variaii mari ale puterii generate n centralele eoliene; s permit maximum de flexibilitate n implementare pentru a se putea adapta la elementele de incertitudine existente n prezent referitor la volumul puterii instalate i locaia acesteia [2],[6].

2.3. Energia solarEnergia emis de soare provine dintr-un lan de reacii termonucleare din nucleul soarelui. Cnd energia acestora atinge suprafaa soarelui, puterea este de 66 milioane Watt/m2. Aceast radiaie sau energie radiant este dispersat i cltorete de la soare spre univers. Cnd atinge atmosfera pmntului puterea sa medie scade la 1360 Watt/m2. Cnd atinge suprafaa pmntului, atmosfera reflect i absoarbe o parte a radiaiei, astfel nct, ntr-o zi nsorit, puterea ei medie este de doar 1000 Watt/m2. Energia radiant a soarelui conine un ntreg spectru de lungimi de und i constituie mici pachete de particule de energie numite fotoni. Lumina este format din acele lungimi de und vizibile pentru ochiul uman. Lumina se deplaseaz cu o vitez de 300 000 km/secund. Soarele nclzete pmntul, mrile, lacurile, rurile i aerul n timpul verii. Din aceasta decurge stocarea cldurii n perioada rece i aceasta este cldura ce poate fi concentrat folosind pompele de cldur. [7]. 2.3.1. Panouri solare Conceptul de "energie solar" se refer la energia care este direct produs prin transferul energiei luminoase radiat de Soare. Aceasta poate fi folosit ca s genereze energie electric sau s 7


nclzeasc aerul din interiorul unor cldiri. Dei energia solar este rennoibil i uor de produs, problema principal este c soarele nu ofer energie constant n nici un loc de pe Pmnt. n plus, datorit rotaiei Pmntului n jurul axei sale, i deci a alternanei zi-noapte, lumina solar nu poate fi folosit la generarea electricitii dect pentru un timp limitat n fiecare zi. O alt limitare a folosirii acestui tip de energie o reprezint existena zilele noroase, cnd potenialul de captare al energiei solare scade sensibil datorit ecranrii Soarelui, limitnd aplicaiile acestei forme de energie rennoibil. Nu exist nici un dezavantaj deoarece instalaiile solare aduc beneficii din toate punctele de vedere. Panourile solare produc energie electric 9h/zi (calculul se face pe minim; iarna ziua are 9 ore) Ziua timp de 9 ore aceste panouri solare produc energie electric i n acelai timp nmagazineaz energie n baterii pentru a fi folosit noaptea.

Fig.2.[11] Instalaiile solare care folosesc direct soarele sunt de 2 tipuri: termice i fotovoltaice. Cele fotovoltaice produc energie electric gratis [7]. 2.3.2. Celulele solare (panourile fotovoltaice) Cel mai bun loc pentru amplasarea celulelor solare este pe partea expus spre sud a pereilor sau acoperiului care primesc radiaia direct a soarelui cea mai mare parte a zilei. Orientarea spre sud-vest poate fi mai favorabil dect cea spre sud-est deoarece radiaia solar este mai intens dup amiaza dect dimineaa. Alte expuneri ca cea spre est sau spre vest sunt mai puin favorabile i vor avea ca rezultat o producie mai mic de electricitate. Cu ct naintm mai spre sudul Romniei, cu att mai mare va fi ctigul de energie solar valorile tipice fiind: Suceava 1,40 MWh/m2/an Bacu 1,45 MWh/m2/an 8


Galai 1,66 MWh/m2/an Pentru cele mai multe case, doi sau trei metri ptrai de panou fotovoltaic sunt suficieni. n general este posibil s se instaleze panourile fotovoltaice pe cele mai diverse forme de perei sau acoperiuri. Cele termice ajut la economisirea gazului n proporie de 75% pe an. O cas care are la dispoziie ambele instalaii solare (cu panouri fotovoltaice i termice n vid) este considerat "FARA FACTURI" deoarece energia acumulat ziua n baterii este trimis n reea). Energia solar prezint i dezavantajul c este difuz i nepermanent (ciclu noapte/zi, timp nnorat etc.) i c nu poate fi colectat dect n regiuni nsorite. Energia solar poate fi exploatat prin: conversie direct n electricitate prin intermediul dispozitivelor statice pentru transformarea radiaiei solare n energie electrice, ca de exemplu: cupluri termoelectrice cu semiconductori (germaniu sau siliciu), dezvoltnd randamente de 58%; diode termoionice (cu vapori de cesiu), cu randamente de 1518%; celule solare sau pile fotovoltaice cu semiconductori (seleniura sau sulfura de cadmiu), cu randamente de 1215%; conversie indirect n electricitate, problema mult mai dificil, care ar putea fi soluionat pe doua ci: fie prin conversia n energie termic a undelor solare prin care se constituie sursa cald a unei centrale termice clasice, iar temperaturile obinute asigur fierberea apei; fie prin reflectarea i focalizarea cldurii cu ajutorul colectoarelor solare care ar capta i concentra energia solar ntr-un fluid ce ar putea fi folosit apoi ca generator de abur cu temperaturi nalte, a cror funcie ar fi de a aciona turbogeneratoare convenionale sau de construcie special [7].

2.4. Energie geotermalEnergia geotermal are un potenial uria pentru producerea de electricitate. Aproape 8000 MW sunt produi de-a lungul mapamondului. Tehnologia de azi utilizeaz resursele hidrotermale, dar, n viitor, poate vom putea folosi cldura coninut n adncul scoarei terestre n roci uscate, sau chiar cea din magma. Energia geotermal poate fi: de nalt temperatur (caracteristica zonelor vulcanice), pnzele de ap limitrofe ajungnd la sute de grade, realiznd o vaporizare parial care se utilizeaz ntr-o central electric. Accesul la pnza de ap este dificil. Uneori, adncimea de foraj poate depi 10.000 m; de joas temperatur, accesibil n orice parte a globului. Temperatura scoarei pmnteti crete n adncime cu 3C la fiecare 100m. Diferena de temperatur creat ar putea fi aplicat n termoficare prin recircularea fluidului n pompe de cldura, nu in producerea energiei electrice.

Fig. 3. Amplasarea direct n sol a vaporizatorului pompei de cldur [12.] In ziua de azi exist dou tipuri de uzine electrice geotermale: binare si pe baza de aburi. 9


Uzinele pe baza de aburi folosesc apa la temperaturi foarte mari - mai mult de 182 C. Aburul e obinut dintr-o sursa direct sau prin depresurizarea i vaporizarea apei fierbini. Vaporii pun n funciune turbinele i genereaz electricitate. Nu exist emisii toxice semnificative, iar urmele de dioxid de carbon, dioxid de azot i sulf care apar sunt de 50 de ori mai mici dect n uzinele ce utilizeaz combustibili fosili. Energia produs astfel costa aproximativ 4-6 ceni/KWh. Uzinele binare utilizeaz apa la temperaturi mai mici, ntre 107 si 182 C. Apa fierbinte i cedeaz energia termic unui fluid secundar, cu punct de fierbere sczut - cel mai adesea se utilizeaz hidrocarburi inferioare precum izobutanul sau izopentanul -, cu ajutorul unui sistem de schimb al cldurii. Fluidul secundar se evapor i pune n micare turbinele, iar apoi e condensat i readus ntrun rezervor. Deoarece uzinele binare se bazeaz pe un ciclu intern, nu exist nici un fel de emisii. Electricitatea produs astfel cost de la 5 pana la 8 ceni per KWh. Ele sunt mai des ntlnite dect cele pe baz de aburi. Dei uzinele geotermale se aseamn destul de mult cu uzinele tradiionale, ele prezint i dificulti speciale: gaze i minerale necondensabile n fluidul utilizat, utilizarea de hidrocarburi, absena apei de rcire utilizat n condensare.

Fig .4. Central electric geotermal din Kamchatka, Rusia.[12]. Avantajele si dezavantajele centralelor geotermale Printre dezavantajele centralelor geotermale se numra creterea instabilitii solului din zon, putnd fi cauzate chiar i cutremure de intensitate redus. In plus, zonele cu activitate geotermal se rcesc dup cteva decenii de utilizare, deci nu se poate vorbi de o sursa infinit de energie, dar cu siguran avem de-a face cu surse regenerabile. Printre avantajele centralelor geotermale se numra faptul ca energia rezultat este curat pentru mediul nconjurtor i regenerabil. In plus centralele geotermale nu sunt afectare de condiiile meteorologice i ciclul noapte/zi. Energia geotermal este i mai ieftin de obicei dect cea rezultat din combustibilii fosili [4].

2.5. Energia termofotovoltaicO metoda relativ nou de producere a energiei electrice ce se bazeaz pe celule de combustie care convertesc energia termic sau radiaiile infraroii, produse prin arderea gazelor naturale sau prin concentrarea energiei solare, n energie electric. Elementul de baza al noii metode este o celul solid de combustie cu oxizi (Solid Oxides Fuel Cell SOFC), iar producia de energie se realizeaz prin conversia chimic a substanelor, i nu prin ardere. Gazul natural desulfurizat, la o temperatur de 1000C, este adus in proximitatea unor celule termofotovoltaice formnd astfel pile de combustie, n care moleculele se rup i se separ n hidrogen i oxid de carbon. Hidrogenul se unete cu oxigenul din aer pentru a forma apa i electroni ce genereaz curentul electric. Procesul de producere a energiei electrice este similar cu inversul procesului de electroliz. ntruct celulele termofotovoltaice convertesc combustibilul direct n energie electric de dou, trei 10


ori mai eficient dect o poate face conversia termodinamic, pilele de combustie constituie, prin definiie, o tehnologie specifica nepoluant i sunt o surs potenial energetic de mare perspectiv care este foarte eficient, nezgomotoas i nepoluant, compatibil cu politica de resurse energetice regenerabile, fiabil i durabil (nu au piese in micare). O pil de combustie convertete aproximativ 5060% din energia hidrogenului n energie electric i produce apa la circa 300C, temperatura ideala pentru nclzirea mediului din cldiri. Producerea energiei electrice prin celule de combustie i folosirea apei pentru nclzirea cldirilor ar putea deveni att de ieftine nct s devin competitive fa de energia produs n termocentrale sau n centrale nucleare. Unele firme din Europa i din SUA au obinut n anul 2001 certificarea CE pentru centrale de nclzire cu pile de combustie. Tehnologia hidrogenului a ajuns aproape de faza de comercializare i n aplicaiile mobile (transport auto). Tendina este clar deoarece pilele de combustie au randament dublu fa de motoarele actuale, iar emisiile sunt practic vapori de ap [4]. Pile de combustie Pilele de combustie sunt generatoare electrochimical capabile s converteasc continuu energia chimic a unui combustibil n energie electric i termic n absena unei reacii de combustie direct. Conversia energiei chimice n energie electric se realizeaz pe baza unor reacii electrochimice de oxidare care au loc n prezena unui combustibil gazos la anod i de reducere n prezena unui oxidant (oxigenul din aer) la catod. Uzual se utilizeaz drept combustibil hidrogenul, dar se mai pot folosii: gaze naturale, oxid de carbon i metanol. Randamentul pilelor de combustie, teoretic apropiat de unitate, este de 2-3 ori mai mare dect cel corespunztor motoarelor termice clasice; mai mult, funcionarea lor este silenioas i foarte puin poluant. Dac se folosete hidrogenul drept combustibil, apa constituie singura emisie care rezult la exploatarea pilei. Principiul de funcionare O pil de combustie const dintr-un anod alimentat cu combustibil (H2) i un catod alimentat cu oxigen din aer, separai ntre ei printr-un electrolit care permite transferul de ioni ntre cei doi electrozi (fig.5). Electronii formai prin disocierea hidrogenului la anod se deplaseaz spre catod printr-un circuit extern pentru a participa la reducerea oxigenului cu formare de ap.

e H2 + + + + + + +

-

H H H H H H H

1 /2 O 2 1 /2 O 2 1 /2 O 2

Aer O 2

H

+

1 /2 O 2 1 /2 O 2 1 /2 O 2 1 /2 O 2

M e m b ra n a A nod C a to d

H 2O

+

A er

Fig..5 Element de pil de combustie .[8] Reaciile electrochimice care au loc sunt constituite din dou reacii distincte : a) Oxidarea hidrogenului la anod; 11


2H2(g) 4 H+ + 4eb) Reducerea oxigenului la catod O2(g)+4H+ +4e- 2H2O(l) Reacia global care are loc n pil este: 2H2(g) + O2(g) H2O (l) La temperaturi mici reaciile menionate sunt foarte lente, mai ales cea de reducere a oxigenului. Pentru intensificarea reaciilor, n componena celor doi electrozi trebuie s intre i un catalizator, uzual pe baz de platin. Teoretic, pila de combustie continu s produc curent att timp ct combustibilul i oxidantul alimenteaz cei doi electrozi. In realitate, degradarea elementelor pilei (electrolit, electrozi, catalizator i altele) limiteaz durata de funcionare a pilei. Spre exemplu, electroliii de tip polimeri solizi sau soluii apoase pot fi utilizai numai pentru pile care funcioneaz la temperaturi sub 200 C, deoarece la temperaturi mai mari se degradeaz rapid. Electrozii sunt, de asemenea, supui degradrii i otrvirii. Degradarea anodului const n reducerea suprafeei poroase i a gradului de dispersie a catalizatorului, asociate cu diminuarea gradului de ionizare a hidrogenului. Oxizii de carbon (CO i CO2) prezeni n combustibil sunt ageni otrvitori pentru catalizatorul anodic, deoarece se adsorb competitiv cu H2 diminund gradul de ionizare al acestuia. Tipuri de pile de combustie Electrolitul este elementul definitoriu care determin proprietile principale, performanele i temperatura de operare a pilei de combustie. n funcie de tipul de electrolit se disting urmtoarele tipuri de pile de combustie: Pile cu electrolit alcalin-AFC ( Alkaline Fuel Cells) ; Pile cu electrolit acid fosforic PFAC (Phosphorus Acid Fuel Cells) ; Pile cu electrolit de tip polimeri solizi PEMFC (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells) ; Pile cu electrolit carbonai topii-MCFC (Molten Carbonate Fuel Cells) ; Pile cu electrolii oxizi solizi SOFC (Solid Oxides Fuel Cells). Combustibilul utilizat n pilele de combustie Hidrogenul este combustibilul preferat pentru pilele de combustie deoarece asigur cel mai bun randament n energie electric i nu produce emisii poluante. Hidrogenul se poate obine din urmtoarele surse: Din hidrocarburi - Reformarea metanului cu vapori de ap - Oxidarea parial a compuilor cu coninut mare de carbon (fracii petroliere reziduale, cocs, etc.) - Din rafinrii (flexicoking, reformare, dehidrogenare) - Piroliz Din ap - Electroliza apei - Fotoelectroliz - Descompunerea termic - Fermentarea i fotosinteza biologic Alte surse - Gazificarea crbunilor sau a deeurilor solide - Gazificarea biomasei - Descompunerea metanolului, a amoniacului sau a apei - Pile de combustie regenerabile n prezent fabricarea hidrogenului n cantiti mari se realizeaz pornind de la combustibilii fosili dup o schem prezentat in figura 6. Folosirea surselor bazate pe combustibili fosili genereaz CO2 care trebuie reinut fie prin diverse utilizri, fie prin sechestrare n caverne. Varianta folosirii electrolizei pentru obinerea H2 devine atractiv n msura n care energia electric provine din surse 12


economice (energie nuclear, energie solar sau eolian) sau n momentele de exces de energie n reelele de distribuie. Dac energia electric folosit la electroliz provine din surse de energie regenerabil, (solar, geotermal, vnt, valuri) hidrogenul se obine fr emisii poluante. O comparaie ntre cele dou surse de fabricare a hidrogenului este prezentat n tabelul 1. Utilizarea hidrogenului n pilele de combustie presupune fie transportul i stocarea acestuia la locul pilei, fie producerea acestuia n zona de utilizare. Principalele metode de stocare a hidrogenului sunt: n stare gazoas sub presiune : n caverne subterane, butelii de 50 l la presiune de 200 bar sau n rezervoare sferice de mare presiune, rezervoare cilindrice din materiale compozite i cilindri de Al nfurai n fibre de sticl sau carbon la presiune >350 bar (700). Costurile de depozitare sunt mai mari datorit compresiei, iar viteza de umplere este mic.D e s u lf u riz a re CH x P ro c e s p rim a r Abur R e a c tia S h if t O x id a re s e le c tiv a R e c u p e r a re c a ld u ra P ila d e c o m b u s t ie

C u re n t

P R O C E S P R IM A RR e fo r m a re c a t a lit ic a R e fo r m a re a u t o te rm a O x id a re p a rt ia la G e n e ra to r abur T ra ta re a p a R e z e rv o r s to c a re Apa

Figura .6. Schema de proces pentru obinerea hidrogenului din combustibili fosili.[8] Tabel.1. Reformare, Electroliza-avantaje-dezavantaje Avantaje Reformare combustibili fosili Costuri relativ mici Tehnologie bine pus la punct Tehnologie bine pus la punct Se poate realiza cu surse regenerabile de energie Produce hidrogen curat Dezavantaje Sursa neregenerativ Poluare semnificativ Mai scump i mai puin eficient dect utilizarea direct a combustibililor Proces scump Mai puin eficient dect reformarea

Electroliz

n stare lichid la temperatur de 20K (-253C) cu consum mare de energie (8,5 kWh/kg pn la 13.0 kWh/kg). Rcirea magnetocaloric reduce consumul la 5,0 kWh/kg. Ambele variante necesit izolarea rezervorului prin sisteme tip Dewar. Pierderile prin evaporare ~ 3% devin nesemnificative dac utilizarea este intensiv. Comparativ cu stocarea sub presiune, lichefierea H2 este o tehnologie scump. Sub form de hidruri metalice reversibile : hidrogenul se adsoarbe, pe metale convenionale, formnd hidruri (FeTi, LaNi5), la sau sub presiunea atmosferic, la temperatura mediului nconjurtor, sau pe (Mg2Ni) la temperatura mare. Capacitatea de stocare este de 2-7 %. Pentru a intensifica adsorbia s-au realizat hidruri de mare capacitate (NaAlH4, Na3AlH6) cu catalizator de Zr, care asigur o capacitate de stocare de 5%. O alt hidrur special (LiBe) are o capacitate de stocare de 9%, dar necesit nclzirea la temperatur mare (250C) pentru eliberarea H2. Din hidruri, hidrogenul se elimin la presiune mare prin nclzire. Dificultile de depozitare, mai ales n cazul utilizrii pilelor de combustie n propulsarea autovehiculelor, impun producerea acestuia prin tehnologii de reformare cu vapori de ap sau oxidare 13


parial a hidrocarburilor i alcoolilor inferiori. Procesul de reformare poate avea loc ex situ cu stocare sau in situ cu alimentare direct a pilei Pentru vehiculele electrice, uzual se folosete reformarea cu vapori de ap a alcoolilor inferiori (CH3OH, C2H5OH) sau oxidarea parial a benzinei n scopul utilizrii infrastructurii existente pentru combustibilii clasici (volum de stocare minim i reea de alimentare). Reformarea metanolului cu abur are la baz reacia ntre abur i metanol la 200C din care se produce H2, CO2, CO i exces de abur. Amestecul de reacie de la reformare este trecut n alt sistem de reacie pentru conversia catalitic a CO cu ap la CO 2 i H2, i n continuare prin al treilea reactor pentru oxidarea selectiva, pe catalizatori de Pt, a CO la CO2. Amestecul final de gaze conine 70% H2, 24 % CO2, 6% N2 i urme de CO. Sistemul integrat pila de combustie- generator de H2 prin reformarea metanolului este prezentat n figura 7.H id r o g e n (H 2 ) N CO2 2

P u r ific a r e gaze

P ila d e c o m b u s tie P o m p a r a c ire T u rb in a aer aer

aer R e fo r m e r

R a c ito r cu aer

V a p o r iz a to r m e ta n o l

a p a p ro d u s a in p ila aerH 2O

CC H 3 O HH

Figura .7. Pil de combustie cu hidrogen generat prin reformarea metanolului[8] Pentru oxidare parial, lichidul (benzina) este mai nti vaporizat, dup care este aprins i oxidat cu aer insuficient la cca. 1000C, producnd H2, CO, CO2. Amestecul rezultat dup oxidarea parial este trecut prin reactorul de conversie catalitic cu ap a CO la CO2 i prin cel de oxidare selectiv a CO la CO2. Gazul final care rezult conine 42% N2, 38 %H2, 18 % CO2, 2% CH4, i urme de CO. Sulful prezent n combustibilul iniial (metanol, benzin) trebuie eliminat pentru a evita otrvirea catalizatorilor folosii la electrozii pilei de combustie. Hidrogenul obinut ca produs secundar n procesele din rafinrii (reformare catalitic, piroliz) sau la fabricile de amoniac poate constitui de asemenea un combustibil atractiv pentru pilele de combustie utilizate n producia de energie electric. Pentru pilele care opereaz la temperatur ridicat (MCFC i SOFC) hidrogenul se poate obine i prin reformare intern folosind catalizatorul de la anod drept catalizator n reacia dintre combustibilul clasic (hidrocarburi) i ap. Au fost dezvoltate i pile care utilizeaz drept combustibil hidrocarburi sau metanol fr convertirea lor intermediar n H2. Schema unei pile care utilizeaz direct metanolul drept combustibil este prezentat n figura 8.

14


CC CO

CA

2

In v e r to r c u ren t CO2

O Anod

2

C H 3O H

Electrolit

H 2OR e ze rvo r

Catod

C H 3O H

H 2O

H 2O

N

2

Aer

P om pa

Figura .8. Pila de combustie cu metanol.[8] Metanolul este oxidat la anod iar oxigenul din aer este redus la catod dup urmtoarele reacii electrochimice: anod: CH3OH + H2O CO2 + 6H+ + 6ecatod: 3/2O2 + 6H+ +6e- 3H2O pil CH3OH + 3/2 O2 CO2 + 3H2O Eficiena pilelor cu conversia direct a metanolului este mai mic dect cea a pilelor cu H2. Pentru a mri randamentul acestor pile este necesar s creasc cantitatea de Pt depus pe anod. Emisiile de CO2 constituie, de asemenea, un dezavantaj pentru acest tip de pile. Eliminarea rezervorului de H2 i (sau) a sistemului costisitor de reformare constituie premise atractive pentru utilizarea pilelor cu combustia direct a metanolului [8].

2.6. ENERGIA APEI (hidraulic)Energia hidraulic reprezint capacitatea apei de a efectua un lucru mecanic n trecerea dintr-o stare dat n alt stare (in principal prin curgere). Este o form de energie regenerabil. n practic, cea mai des ntlnita conversie a energiei hidraulice este energia produs n hidrocentrale cu ajutorul micrii apei, datorat diferenei de nivel ntre lacul de acumulare i central. "Fora" apei este de fapt o combinaie ntre nlime i debit. Ambele trebuie s fie prezente pentru a produce energie. nlimea - este presiunea creat de distana vertical ntre locul n care apa ptrunde n conducta de aduciune i locaia turbinei i e msurat n metri, sau ca presiune. Debitul este cantitatea de ap (exprimat n volum per timp) care curge prin conducta de aducie ntr-o anumit perioad de timp i e msurat n metri cubi/secund. Apa este colectat ntr-un lac de acumulare i apoi canalizat prin conducta de aduciune direct n turbin. Cderea pe vertical creeaz presiunea necesar la captul inferior al conductei de aduciune, pentru a pune n micare turbina. Cu ct va fi mai mare debitul sau nlimea, cu att vom obine mai mult energie electric. Dup cum se observ, valorile acestor dou criterii, sunt foarte importante pentru determinarea valorii de energie electric (potenialul) unei locaii pentru implementarea unui microhidro sistem bazat pe microhidroturbine [1].

15


Fig. 9.[10]

2.7. Energie derivat din biomasBiomasa este partea biodegradabil a produselor, deeurilor i reziduurilor din agricultur, inclusiv substanele vegetale i animale, silvicultur i industriile conexe, precum i partea biodegradabil a deeurilor industriale i urbane. Biomasa reprezint resursa regenerabil cea mai abundent de pe planet. Biomasa reprezint componentul vegetal al naturii. Ea asigur nu doar hrana, ci i energie, materiale de construcie, hrtie, esturi, medicamente i substane chimice. Astzi combustibilul din biomas poate fi utilizat n diferite scopuri de la nclzirea ncperilor pn producerea energiei electrice i combustibililor pentru automobile. In biomasa intra toate categoriile de combustibil regenerabil de le rumeguul de lemn pana la cocenii de porumb ,trestia de zahr sau deeurile vegetale care se arunca. Centralele electrice bazate pe biomasa produc prin valorificarea rezidiurilor agricole industriale sau menajere, in arztoare ,alturi de crbune, ei sau gaze sau prin convertirea biomasei in gaze naturale. Puterea instalata in astfel de centrale este de circa 20 MW iar randamentul global al procesului de convertire in energie este circa 20 %. Cercetrile in domeniu se concentreaz pe dublarea sau triplarea randamentului de convertire pe reducerea costului si pe soluionarea depozitarii cenuilor rezultate. Utilizare biomasei prezint mai multe avantaje: ofer o soluie eficienta pentru diminuarea resturilor menajere solide si reduce emisiile de dioxid de carbon si acizi de azot prin nlocuirea crbunelui in termocentrale deci contribuie la diminuarea polurii mediului. prezint si un beneficiu economic electricitatea produsa cu ajutorul biomasei are cel mai mic cost de generare comparabil cu orice alta sursa energetica regenerabila [1].

2.8.Concluziin ciuda succeselor obinute in dezvoltarea tehnologiei de producere a energiei din surse energetice regenerabile, costul energiei electrice obinute din aceste resurse este nc mai mare dect costul energiei electrice generate prin arderea combustibililor fosili. Costul energiei electrice generate din resurse regenerabile ar fi mai mic dect cel al energiei din reea daca cheltuielile indirecte (depoluarea mediului, costuri medicale, costuri de securizare a energiei) generate in procesul producerii energiei electrice prin arderea combustibililor fosili ar fi incluse in costul unitii de energie electrica. 16


Gradul de utilizare a energiilor regenerabile s-a mbuntit mult in ultimii ani, beneficiind in mai multe tari de sprijin direct din partea guvernelor. Dei este riscant sa se fac previziuni tiinifice, instituiile de renume considera ca energia regenerabil va veni in prim-plan si va juca un rol important in lumea de mine, ncepnd cu acest deceniu al mileniului al treilea. Intr-un scenariu elaborat de o firma europeana de specialitate, aportul energiilor convenionale se va aplatiza ncepnd cu anii 20202030, in schimb contribuia energiilor regenerabile va continua sa creasc astfel incit sa acopere in anii 20402050 peste 3050% din necesarul mondial de energie. In secolul XXI-lea, in cazul in care populaia globului nu ar creste mai mult si ar rmne la cifra actuala de 6 miliarde de locuitori, economia mondiala ar necesita un consum energetic de circa 9 ori mai mare dect actualul consum energetic. In conformitate cu alte previziuni, in acest secol populaia globului va fi de minimum 10 miliarde de oameni, iar consumul energetic necesar va fi de 4570 de ori mai mare dect cel actual. Se spera ca resursele regenerabile de energie vor da rspuns acestor cerine de cretere a produciei energetice. Romnia are un potenial bun al surselor regenerabile de energie. De asemenea, s-a acumulat o experiena deosebita in cadrul activitilor de cercetare dezvoltare in domeniu. Prin proiecte demonstrative de succes se poate rectiga ncrederea in tehnologia surselor regenerabile si se verifica economicitatea acestora. Pentru acestea, obiectivele concrete ale activitilor de cercetare dezvoltare trebuie sa rspund urmtoarelor cerine de baza: depirea principalelor bariere in calea dezvoltrii surselor regenerabile de energie: costuri, eficienta sistemelor si instituionala; alinierea la reglementrile si procedurile specifice UE in domeniu integrarea sistemelor regenerabile in sistemele energetice naionale.

17


Capitolul 3

PREZENTAREA SITUAIEI ACTUALE A PROTECIILOR I AUTOMATIZRILOR DIN REEAUA DE DISTRIBUIE A ENERGIEI ELECTRICE.3.1. Generalitintreg sistemul energetic este protejat mpotriva apariiei unui regim anormal de funcionare sau de avarie (defect), periculos pentru instalaia electric, prin intermediul unor instalaii de protecie prin relee si prin totalitatea aparatelor i dispozitivelor capabile de asigura deconectarea automata a instalaiei. Deconectarea instalaiei se efectueaz de ctre ntreruptoare care primesc comand de declanare de la instalaia de protecie. Se realizeaz separarea parii cu defect de restul instalaiei (sistemului) electrice, urmrindu-se prin aceasta: - limitarea dezvoltrii defectului, ce se poate transforma ntr-o avarie la nivelul sistemului - prentmpinarea distrugerii instalaiei n care a aprut defectul: - restabilirea regimului normal de funcionare, asigurnd continuitatea n alimentarea cu energie electric a consumatorilor. Pentru a ndeplini n bune condiii obiectivele impuse i a proteja ct mai bine instalaia electric, instalaiile de protecie trebuie sa satisfac anumite caliti cum ar fi: Rapiditatea Protecia trebuie sa acioneze rapid pentru a limita efectele termice ale curenilor de scurtcircuit, scderea tensiunii, pierderea stabilitii sistemului electric. Timpul de lichidare (eliminare) a unui defect se compune din timpul propriu de lucru al proteciei (t = 0,020.04 s), timpul de temporizare reglat si timpul de declanare a ntreruptorului ( t = 0,04...0,06 s). Pentru proteciile clasice timpul minim de deconectare din momentul apariiei scurtcircuitului va fi t = 0,060,10 s. Aceste valori sunt suficiente pentru instalaiile electroenergetice. Deci rapiditatea se obine prin utilizarea unor echipamente de calitate (performante). Selectivitatea Reprezint proprietatea unei protecii de a deconecta numai elementul (echipamentul, tronsonul) pe care a aprut defectul, restul instalaiei (sistemului) rmnnd sub tensiune. Protecia trebuie s comande declanarea celor mai apropiate ntreruptoare de la locul defectului. Selectivitatea se poate realiza pe baza de timp (prin temporizri), pe baza de curent sau prin direcionare. In funcie de particularitile instalaiei i de importana consumatorului se va adopta prioritatea ntre rapiditate si selectivitate. De exemplu, n reeaua de joas tensiune, ncepnd de la tabloul general din postul de transformare si pan la ultimul receptor, sunt montate diferite aparate de protecie (ntreruptoare automate cu declanatoare, sigurane fuzibile, relee termice) alese in funcie de cerinele impuse de poriunea respectiv a reelei. Deoarece curentul de defect parcurge toate elementele serie de pe calea de curent de la sursa de alimentare (transformator) pana la locul defectului, el poate influenta si alte aparate dect cele care trebuie sa elimine defectul produs. 18


De aceea apare necesar corelarea caracteristicilor de protecie pentru asigurarea selectivitii proteciei, adic s funcioneze numai aparatul de protecie de pe tronsonul cu defect, restul instalaiei rmnnd sub tensiune. Selectivitatea se poate asigura prin timpul de acionare (in trepte cresctoare spre surs) sau prin valorile curentului de pornire a proteciei (ardere fuzibil). Selectivitatea ntre elementele de protecie n reelele electrice de joas tensiune se va face analiznd comportarea acestora la suprasarcini i la scurtcircuit. Selectivitatea ntre elementele de protecie se va face comparnd caracteristicile timp-curent, astfel nct timpul de prearc al siguranei din amonte s fie mai mare dect timpul total al siguranei din aval sau timpul de declanare al ntreruptorului. Selectivitatea la scurtcircuit se determin comparnd valorile de prearc al siguranei din amonte sa fie mai mare dect total al siguranei din aval sau al aparatului protejat. Pentru aparatele de protecie se poate calcula pentru curentul limit termic i timpul impus. Selectivitatea siguranelor fuzibile poate fi analizat i din punct de vedere al stabilitii dinamice a aparatelor de comutaie la scurtcircuit. De exemplu, n ansamblul siguran-contactor-relee termice, sigurana asigur protecia la scurtcircuit, iar releele termice protecia la suprasarcin. Curentul limitat (tiat) de siguran trebuie sa fie suportat de contactor. Funcionarea selectiv a proteciei se verific n mod riguros prin suprapunerea caracteristicilor de protecie ale dispozitivelor care lucreaz n serie. Vor rezulta diferene de timp ntre timpii de acionare la aceleai valori ale curentului. Selectivitatea este asigurat atunci cnd diferenele de timp sunt suficiente. Sigurana Aceasta presupune acionarea proteciei numai cnd este necesar, fr funcionri intempestive, adic atunci cnd nu au aprut defecte n instalaia protejat. Sigurana presupune o protecie bine proiectat (alegerea tipului schemei reglajului si calculul acestuia) i echipamente cu fiabilitate ridicat. Acestea se pot obine printr-un grad crescut de integrare, folosind microprocesoare specializate. Sensibilitatea Instalaiile de protecie trebuie sa lucreze (acioneze) la abateri cat mai mici de la valoarea normal a mrimii fizice controlate. Sensibilitatea proteciei se apreciaz prin coeficientul de sensibilitate. Coeficientul de sensibilitate poate lua valori intre 1,2...2,5, n funcie de tipul proteciei i importana instalaiei protejate. Atunci cnd nu sunt satisfcute condiiile de sensibilitate se vor utiliza protecii complexe (de distan, cu filtre). Pentru a asigura sensibilitatea, releele de protecie trebuie sa consume (absoarb) o putere redus pentru acionare. Independena de schema de conexiuni Protecia unei instalaii trebuie astfel proiectat nct s acioneze corect, independent de configuraia schemei de conexiuni a sistemului electric la momentul respectiv (de numrul surselor in funciune si poziia cuplelor). Corectitudinea funcionrii proteciei se asigur verificnd selectivitatea n regim maxim i sensibilitatea n regim minim. Eficiena economic Cu toate c in general costul echipamentelor de protecie este mic n comparaie cu costul instalaiilor protejate, cheltuielile de investiii i de exploatare vor fi comparate cu daunele produse n cazul nefuncionrii proteciei. De aceea, nu este indicat sa se fac economii la acest capitol. Pe lng aceste caliti, la alegerea instalaiilor de protecie se vor mai avea n vedere: gabaritul, elasticitatea n modificarea caracteristicilor de acionare, tipizarea (modularea) subansamblelor, invariabiliatea 19


parametrilor reglai si a caracteristicilor indiferent de condiiile de funcionare (vibraii, temperatur variabil, variaia regimului de funcionare al instalaiei protejate). O problema important care apare in funcionarea instalaiilor de protecie o constituie saturarea transformatoarelor de msur, care duce la modificarea formei de und a semnalului aplicat echipamentelor de protecie, precum i comportarea acestora la funcionarea sistemului protejat n regim deformant i dezechilibrat. Pentru aceasta se impune construcia unor noi tipuri de traductoare (de curent, de tensiune, de putere) i utilizarea semnalelor numerice, n cazul transmiterii la distan a mrimilor controlate. Proiectarea instalaiilor de protecie trebuie s aib ca obiectiv pstrarea continuitii n alimentarea cu energie electric a consumatorilor, chiar n cazul apariiei unor defecte n sistem [13].

3.2. Proteciile circuitelor din staia de analizat - FrateliaElementele din staia electrica Fratelia sunt protejate de urmtoarele tipuri de protecii: Protecia de baza la LEA 110 KV i cupla transversal este reprezentat de ctre protecia de distant. Protecia de distan este o protecie care msoar distana dintre locul de montare a proteciei i locul de defect comandnd deconectarea ntreruptorului ,deci ntreruperea alimentrii ,defectului cu un timp cu att mai mic cu ct defectul se afl mai aproape de locul de montare a proteciei . Deci timpul de acionare al proteciei de distan depinde de locul de montare a proteciei i locul de defect. Aceast distan se determin msurnd impedana, rezistenta, reactana, dintre locul de montare a proteciei i locul de defect .In funcie de ce se msoar aceast protecie de distan se clasifica in: protecie de distan de impedan, protecie de distan de rezisten i protecie de distan de reactan. Rr = Xr = Zr = Ur cos R pr Ir (1)

Ur sin X pr Ir Ur Z pr Ir

(2)

(3)

unde: Zr, Rr, Xr = impedana, rezistena respectiv reactana releului. Zpr, Rpr, Xpr = impedana, rezistenta si reactana de pornire a releului(valoare impusa prin reglaj constant). Ur, Ir = mrimile aduse de releu. Aceasta protecie de distan de impedan este cea mai folosit i indic faptul c sunt protecii minimale. Acest releu de distan de impedan este cel mai folosit datorit faptului c la msurarea impedanei nu intervine defazajul dintre tensiune i curent. O buna protecie de distan trebuie s satisfac urmtoarele condiii: - sa sesizeze defectul n orice loce pe linia protejat . - reducerea sau eliminarea contactelor mecanice. - posibilitatea unei verificri a sistemului de protecie iar in cazul defectrii unor elemente s se permit nlocuirea rapid i simpl. - asigurarea funcionrii corecte n condiii grele de mediu nconjurtor :temperatura, vibraii etc. - posibilitatea racordrii sistemului de protecie la sistemul de semnalizare de avarie i de prevenire acustic i optic existent n staie. Elementele proteciei de distan de impedan sunt: 20


- elementul de pornire - care are rolul de asigura pornirea proteciei numai la apariia unui scurtcircuit i care se realizeaz sub form de releu maximal de curent ceea ce nseamn c acioneaz numai la creterea curentului i la scderea tensiunii. - elementul de temporizare - prevzut din motive de selectivitate i poate fi realizat printr-un releu de tip electromagnetic . - elementul direcional prevzut tot din motive de selectivitate i realizat sub form de releu direcional de inducie sau sub form de releu direcional electromagnetic. - elementul de msur al distantei care asigur acionarea n funcie de distana de la locul de montare a proteciei i locul de defect. Acest releu de distan de impedan este alctuit dintr-un rezistor care se leag la bornele unui transformator de curent care are rolul de a culege o cdere de tensiune proporional cu curentul de defect. Un alt element este un releu de curent continuu care are un magnet permanent i dou nfurri parcurse de curent n sensuri diferite. Pentru acest releu de distan de impedan condiia de acionare este ca impedana msurat de releu (Zr) de la locul de montare a proteciei i pan la locul de defect s fie mai mic dect o valoare dat (Zpr) numit impedana de pornire a releului: Zr Zpr. (4)

Protecia de rezerva la LEA 110 KV si cupla transversala este reprezentata de ctre protecia homopolar direcionat. In cazul defectelor monofazate valoarea rezistenei de defect variaz n limite largi funcie de condiiile de reea , de distana pan la locul de defect i de valoarea rezistenei de trecerea la locul de defect. Pot exista cazuri n care valoarea rezistenei msurat de protecia de distan este mai mare dect rezistena ce poate fi acoperit de caracteristica de acionare a proteciei de distan. Pentru eliminarea unor astfel de defecte cu rezisten mare de defect se utilizeaz protecia homopolar direcionat. Defectele cu pmntul pot fi sesizate prin msurarea curentului homopolar. Direcionarea proteciei se obine prin utilizarea tensiunii homopolare aplicate releului de la firul exterior de tensiune homopolar .Defectul este considerat n fa dac este ndeplinit condiia: 3Iocos(65o-)3IoD (5)

unde: 3Io-curentul de nul (Io este curentul homopolar). - unghiul de defazaj intre 3Io si -3Io(la o tensiune homopolar). 3IoD- valoarea de acionare reglata. Acionarea la declanare a proteciei homopolare direcionate este de regul temporizat avnd n vedere reglajul redus al curentului de acionare (valori tipice de 0.10.3In). Elementele din staia FRATELIA la care se folosete protecia homopolar sunt LEA 20 KV ,LES 20 KV ,LES 10 KV ,CUPLA de 10 KV si 20 KV ,la barele colectoare de 20 si 10 KV si la trafo de 110/10 KV. Pentru sesizarea unor atingeri la pmnt sau chiar a unor scurtcircuite FN sau 2FN se folosete o schem de protecie bazat pe sesizarea componenei de secven homopolar din curent sau din tensiune numit protecie homopolar care sigur nu va aciona la suprasarcini ci numai la defecte cu punere la pmnt. Apariia defectului nsoit de punere la pmnt poate fi sesizat prin urmtoarele metode: - sesiznd componenta homopolar din curentul ce apare pe linia protejat; - sesiznd componenta homopolar din tensiunea ce apare pe barele de pe care se alimenteaz linia protejat;

21


- sesiznd armonic de ordinul 5 sau alte armonici superioare impare din componen homopolar a curentului. Obinerea componenei de secven homopolar se poate obine prin urmtoarele metode: - prin intermediul a trei transformatoare de curent monofazate conectate n stea ,montaj care formeaz un filtru de curent de secven homopolar (FCSH) numit montaj Holmgreen. - printr-un transformator de curent de secven homopolar (FSH) numit filtru Ferranti prin care curentul total primar este suma curenilor celor trei faze ale unui cablu trifazat trecut prin miezul transformatorului. - printr-un filtru pentru secvena homopolar a tensiunii de faza (FTSH) se obine prin nsumarea celor trei tensiuni de faz din secundar printr-o nfurare n triunghi deschis. Miezul transformatorului de tensiune trebuie s aib o coloan suplimentar de ntoarcere a fluxului homopolar, pentru c altfel curentul de magnetizare absorbit la punere la pmnt ar fi prea mare. Filtru Ferranti are avantaje notabile fa de filtru Holmgreen. El poate fi realizat din dou semitoruri sau dintr-o singur bucat .Poate cuprinde un numr mare de cabluri n interiorul miezului ,fr nrutirea sensibilitii proteciei ,contribuind astfel la simplificarea proteciei . Ca dezavantaj se menioneaz puterea mai mic ce poate fi preluat de secundar fr alternarea caracteristicilor i fr mrirea erorii de unghi. Protecia homopolar este de obicei o protecie de rezerv n completarea proteciilor prevzute pentru sesizarea scurtcircuitelor polifazate . Protecia homopolar poate fi reglat foarte sensibil indiferent de valoarea curentului de sarcin ceea ce constituie o mare calitate a ei . In practic protecia se regleaz la 40%60% din curentul total al liniei: Ipph=(4060)%In. Temporizarea proteciei maximale homopolare se stabilete n trepte cresctoare dinspre consumatori spre surs ,ns considernd numai elementele legate galvanic i nu cuplate magnetic cu linia. Temporizarea proteciei maximale homopolare poate rezulta sensibil mai mic dect a proteciei maximale de curent aceleiai linii mpotriva scurtcircuitelor ntre faze. In cazul barelor colectoare protecia de secven homopolar acioneaz numai n cazul n care pe bara unei singure faze s-a produs o punere la pmnt . In funcionarea normal ,n cazul scurtcircuitelor polifazate fr punere la pmnt sau al defectelor exterioare prin releu trece numai un curent produs de imperfeciunile izolaiei. La apariia unui scurtcircuit monofazat pe bare prin releu trece curentul homopolar de defect i acesta comand declasarea ntreruptorului cuplei separnd astfel cele dou sisteme de bare. Selectarea barei defecte i transmiterea impulsurilor de declanare ctre toate ntreruptoarele legate la aceasta este efectuat de releele de tensiune alimentate cu tensiune homopolar de la nfurrile n triunghi deschis ale TT de pe bare. Releele de tensiune au totodat rolul de a bloca funcionarea schemei atunci cnd releul ar fi acionat de cureni superiori cum ar fi curentul de pornire. Releele de tensiune se regleaz la (3540) KV. Raportul de transformare al TC se alege n funcie de curentul maxim de nchidere prin pmnt n caz de defect iar curentul de reglaj al releului de curent se fixeaz la o valoare superioar curentului parazit permanent de scurgere la pmnt care este uor de msurat. Pentru sensibilitatea proteciei acest curent trebuie sa fie cat mai mic ceea ce se obine prin izolarea electric fat de construcia metalic de susinere a barelor colectoare i a celorlalte piese metalice (cutii terminale, armaturi, etc.) sau prin divizarea barelor n dou sau mai multe secii, echipate fiecare cu schema ei de protecie . [13]. O protecie esenial utilizat n cadrul liniilor electrice aeriene de 110 KV i 20 KV i totodat n cadrul cuplei transversale de 110 KV, poarta numele de automatizare R.A.R.. Instalaiile R.A.R. se utilizeaz in scopul restabilirii rapide a alimentarii consumatorilor sau a interconexiunilor dintre sisteme sau din interiorul unui sistem electroenergetic.

22


Un dispozitiv R.A.R. reprezint cea mai rspndit automatizare de reea i const dintr-o instalaie complex care realizeaz reanclanarea automat a unui ntreruptor declanat , dup un timp relativ scurt de la aceast declanare. Liniile electrice aeriene datorit condiiilor specifice n care lucreaz ,reprezint elemente ale sistemelor energetice care sunt cele mai mult supuse deranjamentelor .Multe din defectele ce apar pe liniile electrice aeriene (LEA) au un caracter trector n care caz dac linia ar fi scoas de sub tensiune un timp necesar stingerii arcului de la locul de defect atunci la restabilirea alimentarii cu tensiune exist foarte multe anse ca defectul s nu mai apar. Pe aceast constatare se bazeaz R.A.R. ,care se aplic la linii electrice aeriene sau mixte ,dar nu se prevede la liniile n cablu pentru c n cazul acestor linii defectul persist . De fapt scurtcircuitele au caracter trector n majoritatea cazurilor datorit cauzei ce provoac descrcarea. Este vorba desigur numai de conturnri nu i de strpungeri ale izolaiei. Supratensiunile de orice natur ,sunt reduse la un nivel nepericulos dup conturnare .Dac cauza scurtcircuitului este o manevr greit sau ruperea unui conductor persistena acestuia este evident. Dac fiind incertitudinea legat de caracterul trector sau persistent al scurtcircuitului ,merit sa se fac o ncercare ,deoarece revenirea la regimul anterior perturbaiei este foarte important pentru continuitatea n alimentare a consumatorilor pentru stabilitatea sistemului electroenergetic. Se spune ca R.A.R. este reuit dac defectul a fost trector ,respectiv R.A.R. este nereuit dac defectul este persistent. Datele statistice arat ca (8090)% din defectele de pe LEA sunt trectoare n timp ce pe LES numai circa (25)% din defecte au caracter trector , de asemenea statistica exploatrii arat c n (6090)% din declanrile LEA, R.A.R. este reuit dup primul ciclu, numai (5 10)% din R.A.R. dublu ciclu sunt reuite ,n timp ce R.A.R. triplu sunt reuite numai 3%. Conform normativului pentru proiectarea instalaiilor de protecie prin relee i automatizare se vor prevedea dispozitive R.A.R. la toate liniile aeriene i la liniile mixte cu tensiuni mai mari de 1 KV. Indiferent de principiul de funcionare i schema folosit exist o serie de condiii pe care R.A.R. trebuie sa le satisfac ntr-o ct mai mare msur pentru a obine o funcionare a ansamblului protecie-dispozitiv R.A.R.- ntreruptor ,cu performantele ct mai ridicate : - R.A.R. trebuie s se produc la declanarea ntreruptorului provocat de ctre protecie i s nu se produc la deconectarea manual a acestuia , sau cnd declanarea prin protecie urmeaz imediat dup o comand de anclanare; - R.A.R. trebuie sa permit blocarea reanclanrii cnd declanarea este provocat de anumite protecii; - R.A.R. trebuie s poat fi folosit cu orice tip de protecie i eventuale defeciuni aprute n dispozitivul R.A.R. sau scoaterea sa din funciune ,nu trebuie s mpiedice funcionarea corect a proteciei; - schema R.A.R. trebuie s permit prelungirea treptei rapide a proteciei de distan i alegerea regimului de R.A.R. ,monofazat sau trifazat , s se poat face uor n exploatare cu ajutorul unor chei sau eclise, regimul ales s fie vizibil pentru personalul de exploatare; - comanda de anclanare dat prin dispozitivul de R.A.R. trebuie s aib o durat suficient pentru a asigura anclanarea ntreruptorului. In cazul aplicrii R.A.R. la reele buclate schema se completeaz cu relee pentru controlul sincronismului i relee de tensiune minim. Acest releu de control al sincronismului (R.C.S) poate fi un releu electromagnetic de tensiune, care controleaz prezena tensiunii pe linie i pe bare i unghiul dintre fazele acestor tensiuni . Releul este acionat de diferena geometric a tensiunilor aplicate celor 2 bobine ale sale iar n cazul n care cele dou tensiuni sunt egale dar decalate rezult : U=2Usin 2 (6) 23


De obicei tensiunea variaz n limite restrnse de aceea se poate considera c releul R.C.S. msoar unghiul dintre cei doi fazori i va fi etalonat n valori ale unghiului considerndu-se c tensiunile aduse de acesta sunt cele nominale . Un ciclu R.A.R. se poate reprezenta schematic astfel :declanare ntrerupere reanclanare . Se numete timp de R.A.R. sau pauza R.A.R. intervalul de timp n care linia rmne fr tensiune i se definete prin relaia t R.A.R = t ai + t s n care t ai este timpul de anclanare a ntreruptorului , t s este timpul reglat al schemei. Pauza R.A.R. trebuie s fie suficient de mare pentru a asigura condiii de stingere a arcului de la locul defect ,pe de alt parte ea trebuie s fie suficient de mic astfel nct consumatorii s nu simt ntreruperea alimentarii cu energie electric. Timpul necesar deionizrii mediului la locul defectului depinde de mai muli parametrii printre care tensiunea instalaiei i felul ntreruperii. n cazul reanclanrii monofazate pauza de deionizare trebuie s fie mai mare datorit influentei cuplajului capacitiv al fazelor sntoase rmase sub tensiune . Pentru durata pauzei de R.A.R. se indic n urmtorul tabel de mai jos: Tabel nr. 2.Un [kV] Durata pauza R.A.R.[s] 20 0,06 0,08 110 0,11 0,16 220 0,27 0,35 400 0,4 0,5 Probabilitate de reuita 50% 95%

Pentru nivelul de tensiune de 220 KV si 400 KV se poate afirma c t R.A.R este lung si o reconectare este util doar dac durata scurtcircuitului este (0.10.2) s . O funcionare a proteciei de distan de exemplu n treapta a 2-a ,face inutil reconectarea. Clasificarea dispozitivelor R.A.R se poate face din diferite puncte de vedere : a) Din punct de vedere al timpului de ntrerupere a alimentrii liniei pe durata unui ciclu , schemele R.A.R. se mpart n: - scheme R.A.R. ultrarapide avnd t R.A.R 1.5s b) Dup numrul de faze reconectate se deosebesc sisteme: - R.A.R. (R.A.R.T) trifazat in care comanda reanclanare tuturor fazelor; - R.A.R.( R.A.R.M) monofazat in care comand reanclanarea numai a unei faze; - R.A.R. mono/trifazat (R.A.R.MT) la care scurtcircuitele monofazate vor fi deconectate si reanclanate monofazat iar cele polifazate deconectat prin trifazat si reanclanate prin R.A.R.T.. c) Dup numrul acionarilor se deosebesc sisteme de: - R.A.R. simplu cu o singur acionare adic cu un singur ciclu care este cel mai rspndit. - R.A.R. multiplu cu dou sau mai multe cicluri care poate fi ntlnit pe liniile pe care apar multe supratensiuni atmosferice. d) Din punct de vedere al readucerii n poziia de funcionare a schemei R.A.R. se deosebesc: - scheme de R.A.R. cu revenire manual la care intervenia personalului de exploatare este necesar dup fiecare funcionare a R.A.R. pentru a readuce schema in poziia de lucru; - scheme de R.A.R. cu revenire automat la care schema R.A.R. revine automat in poziia de lucru, dup un anumit timp de la acionare. e) Din punct de vedere al modului de acionare se deosebesc: - scheme R.A.R. mecanice care se aplic n general ntreruptoarelor prevzute cu comand manual i care folosesc pentru reanclanare energia nmagazinat n greutatea ridicate la anumite nlimi sau n resoarte; - scheme R.A.R. electrice care se aplic numai liniilor prevzute cu ntreruptoare comandate electric. 24


Aceste tipuri de automatizri R.A.R. sunt utilizate in urmtoarele cazuri: - R.A.R.T. va fi prevzut la orice tip de scurtcircuit in reelele cu un Un110 KV. - R.A.R. multiplu se va prevedea la linii radiale cu alimentare de la un singur capt. - R.A.R.M. va fi prevzut la reelele cu un Un220 KV cu precizarea ca scurtcircuitele monofazate vor fi deconectate si reanclanare monopolar iar scurtcircuitele polifazate vor fi declanate tripolar. - R.A.R.MT. va fi realizat cu un singur ciclu si se prevd tot la reelele cu tensiunea Un 220KV. In cazul defectelor evolutive adic la apariia unui al doilea defect in pauza de R.A.R.M. dup eliminarea primului defect se recomand asigurarea declanrii trifazate definitive. Majoritatea defectelor de pe LEA sunt monofazate .Dac prin protecie s-ar ntrerupe numai conductorul defect, n cazul unui defect trector la repunerea sub tensiune a acestei faze se restabilete funcionarea normal .Dispozitivele care permit reanclanarea unui singur conductor se numesc dispozitivele de R.A.R.M si pot fi: cu declanare definitiv monofazat sau cu declanare definitiv trifazat. R.A.R.M prezint urmtoarele avantaje: - pe durata ntreruperii monofazate se pstreaz funcionarea sincron ,in cazul liniilor radiale unice pentru alimentarea unor consumatori se asigur alimentarea acestora pe durata funcionarii R.A.R.M . - se pot repara fazele defecte fr a se ntrerupe alimentarea cu energie electric a consumatorilor. Condiiile ce se impun selectoarelor de faz pentru R.A.R.M sunt: - in momentul defectului s asigure o selectare corect independent de configuraia reelei si de modul de tratare a neutrului in diverse puncte ale reelei de curenii de defect pe celelalte doua faze de locul defectului, de valoarea rezistentei electrice a arcului si de funcionarea proteciei inclusiv a selectoarelor de faza de la captul opus al linei; - s asigure o selectare corect chiar in cazul extinderii defectului; - s nu fie influenate de pendulrile de energie ce pot aprea in reea la perturbarea funcionrii sincrone; - nu trebuie s fie influenate de poziia polilor ntreruptoarelor de la captul opus al liniei controlate . Dup natura mrimii electrice pe care o msoar pentru stabilirea fazei defecte se deosebesc: - selectoare de faz de curent ; - selectoare de faz de tensiune; - selectoare de faz de impedan. [13]. O protecie esenial care se utilizeaz n aproape toate elementele din schema electric a staiei Fratelia si anume la cuplele de 20 si 10 KV, la LEA de 20 KV, la LES de 20 i 10 KV, Trafo de 110/10 KV, poart numele de protecie maximal de curent. Aceasta protecie maximal de curent acioneaz la creterea curentului peste o anumit valoare limit reglat. In cazul reelelor reale formate din mai multe tronsoane din motive de selectivitate se introduce temporizare. Alegndu-se temporizrile astfel nct protecia s aib timpul de acionare cel mai scurt si pe msura apropierii de surs timpul de acionare sa creasc, se obine o diagram de temporizare asigurndu-se o funcionare selectiv a protecie. Elementele principale ale proteciei maximale de curent temporizate sunt elementul de pornire si elementul de temporizare. Elementul de pornire (releu maximal de curent) servete pentru a asigura funcionarea proteciei numai la apariia defectului pentru care a fost prevzut.

25


Elementul de temporizare (un releu de timp) servete pentru crearea ntrzierii care asigur acionarea selectiv a proteciei. Daca protecia se realizeaz cu relee de curent cu caracteristica limitat dependent protecia poate fi realizat numai cu relee de curent. Tensiunile bateriilor de acumulatoare care se folosesc pentru alimentarea circuitelor operative sunt de obicei de 24, 110 sau de 220 V. Calculul reglajelor proteciei maximale de curent include: calculul curentului de pornire al proteciei , calculul curentului de pornire a releului, verificarea sensibilitii proteciei i stabilitatea temporizrii acestuia. La calculul curentului de pornire a proteciei Ipp se pornete de la considerentul c acesta trebuie sa fie mai mare dect curentul de sarcin maxim, Is.max: Ipp > Is.max, - aceast condiie pentru ca protecia s nu acioneze in regim de sarcin maxim. Dar mai mult pentru a se evita deconectri ulterioare neselective sub influena curentului de sarcin maxim care apare in regimul de imediat dup scurtcircuit, din cauza autopornirii motoarelor alimentate din reea trebuie ca : Irev.p > Is.max , (7) Releele maximale de curent includ si condiiile: Irev=Ksig.*Is.mas, Irev.p/Ipp=Krev, Rezult c : Ipp= Ksig/Krev*Is.max Ksig = 1.11.25, Krev =0.80.9. (8) (9) (10) (11) (12)

La releele primare curentul de pornire al releului Ipr este egal cu curentul de pornire al proteciei. In cazul releelor secundare ,valorile analogice ale curenilor proteciei i ale releelor sunt diferite din cauz c: - pe de o parte curenii se modific trecnd prin transformatoare de curent cu raport de transformare diferit de unu. - pe de alt parte schemele de conectare a releului, la aceste transformatoare de curent influeneaz modificarea curenilor proteciei fa de cei ai releelor. Curentul de pornire al releului secundar va fi :Ipr = K sig K sch Is.max K rev nTC

(13)

unde: Ksch = Ir/Isec (coeficient de schema) (14) nTC= raportul de transformare al TC. Temporizarea proteciei maximale de curent se alege in trepte cresctoare de la consumator spre surs. Temporizarea prevzut la o protecie din considerente de selectivitate este asigurat prin elementul de temporizare care poate fi realizat prin urmtoarele dispozitive: a) Amortizor hidraulic sau pneumatic b) Cu declanare , c) Motor de curent alternativ ,un motor sincron antreneaz un contact mobil, d) Motor de curent continuu, e) Contact cu mercur, f) Releu electromagnetic cu spira in scurtcircuit, g) Condensatoare. 26


Treptele de timp ,adic diferenele dintre timpul de declanare a doua ntreruptoare nseriate consecutiv se aleg astfel nct sa existe sigurana declanrii numai a ntreruptorului liniei defecte nu si a celui dinaintea acestuia ,deci astfel nct sa se asigure selectivitatea . Valoarea treptei de timp depinde de tipurile ntreruptoarelor instalate si ale dispozitivelor de acionare ct i de eroarea in stabilirea timpului de acionare a proteciilor. t = ta + te+ + te- + trez (15)

n care: t = treapta de timp; ta = timpul de acionare al ntreruptorului liniei defecte, calculat din momentul aplicrii impulsului de curent in bobina de declanare a dispozitivului s-au de acionare pana in momentul stingerii arcului ntre contactele sale (ta = 0.05.0.3)s , te+= timpul corespunztor erorii de timp pozitive in aprecierea temporizrii proteciei liniei defecte; te-= timpul corespunztor erorii de timp negative in apreciere temporizrii protecieiurmtoare,care are temporizarea cu t mai mare dect temporizarea proteciei liniei defecte; trez = timpul de rezerv. Protecia maximal de curent in dou trepte este o protecie format dintr-o secionare de curent care reprezint treapta 1 si o protecie maximal de curent temporizat care reprezint treapta a 2-a. Avantaje si dezavantaje: Protecia maximal de curent prezint avantajul sensibilitii ridicate fa de defecte pe ntreaga linie protejat, ba mai mult ea poate constitui o protecie de rezerv la distan pentru tronsoanele din aval deci este o soluie simpl si economic. Aceast protecie poate fi realizat cu elemente simple si robuste care prezint fiabilitate mare in funcionare Dezavantajul principal al acestei protecii este temporizarea relativ de mare in special pe tronsoanele din apropierea sursei in cazul in care reeaua are multe tronsoane. Dezavantajul proteciei maximale de curent in dou trepte l reprezint costul ridicat i de asemenea faptul ca nu sesizeaz rapid orice fel de defect. [13]. Protecia cu care este protejat transformatorul de 110/10 KV poart denumirea de protecie diferenial longitudinal . Aceast protecie diferenial a transformatorului electric este utilizat pe scar larg ca o completare a proteciei de gaze mpotriva scurtcircuitelor interne si la bornele transformatorului. Se aplic la transformatoarele care sunt legate in paralel n scopul deconectrii selective a transformatorului avariat. Ea comand deconectarea tuturor ntreruptoarelor transformatorului. Principiul ei de funcionare este principiul comparrii curenilor. In cazul transformatorului se compar valorile i sensurile curenilor de acelorai faze din cele doua sau trei nfurri ale transformatorului. Transformatorul trebuie s aib instalate pe fiecare faz a tuturor nfurrilor sale ale TC. nfurrile acestora se leag ntre ele astfel nct de exemplu in cazul unui transformator cu doua nfurri releul s msoare diferena: Ir = Is1-Is2 (16)

La funcionarea normal sau la scurtcircuite exterioare schema proteciei trebuie s asigure egalitatea curenilor secundari (Is1=Is2) deci curentul din releu este zero adic Ir =0 , si acesta s nu acioneze. In cazul scurtcircuitului n zona protejat curentul n releu este egal cu suma curenilor: Ir = Is1+Is2 si daca Ipr (curentul de pornire al releului) este mai mic dect Ir atunci releul acioneaz deconectarea transformatorului. Prin reglarea proteciei difereniale a transformatorului se prezint desensibilitatea proteciei fa de curenii de dezechilibru. Curenii de dezechilibru apar din cauza diferenei ntre curenii de 27


magnetizare Im ai TC care alimenteaz releele proteciei. Pentru protecia diferenial a reelelor aceast diferen este: Idez.tot.TC = I1m - I2m. (17)

La protecia diferenial a transformatorului acest Idez crete datorit: - existenei curentului de magnetizare al transformatorului de fora care determina in releu un curent Idez.mT; - erorii de egalizare a curenilor secundari care dau un curent Idez.e; - existentei reglajului raportului de transformare al transformatorului de fora care modific valoarea curenilor secundari introducnd n releu un curent de dezechilibru Idez.r . Astfel curentul total de dezechilibru este: Idez = I dez.tot.TC+I dez.mT+I dez.e+I dez.r ; (18)

unde Idez.mT-se accept n general s fie egal cu aproximativ cu zero. Influena curenilor de dezechilibru apare la scurtcircuitele exterioare. Desensibilitatea proteciei difereniale fa de curenii de dezechilibru se realizeaz reglnd protecia cu Ipr > I dez, iar releele de curent se leag direct n circuitul diferenial. Aceast soluie are dezavantajul unei sensibiliti reduse deoarece curenii de dezechilibru ai transformatorului sunt mai mari dect ai altor instalaii. Curentul de pornire se calculeaz din urmtoarele condiii: a) de sensibilitatea proteciei fa de curentul de dezechilibru: Ipp > Idez.max Ipp = Ksig Idez unde:Ksig = 1.2..1.5. b) proteciei fa de ntreruperea circuitului diferenial: Ipp = KsigInT (21) (19) (20)

unde Ksig = 1.5. Variantele de realizare a proteciei difereniale sunt urmtoarele: - protecie diferenial de curent ; - protecie diferenial cu transformator cu saturaie rapid; - releul diferenial RDS-4T; - protecie diferenial cu releu de tip comparator de amplitudini. Avantajele si dezavantajele proteciei difereniale longitudinale sunt: - unul dintre avantaje este c asigur deconectarea rapid si selectiv a transformatoarelor n cazul defectelor interne si n cazul scurtcircuitelor la borne sau pe circuitele de legtur cu ntreruptoarele; - ca dezavantaj se remarc faptul c trebuie s se instaleze protecia diferenial la toate nfurrile transformatoarelor - realizarea unei protecii difereniale care s satisfac toate condiiile de selectivitate si rapiditate mai ales la transformatoarele mari cu reglaj sub sarcin necesit msuri care implic costuri ridicate [13]. Automatizarea A.A.R. In vederea asigurrii continuitii in alimentarea cu energie electric a consumatorilor , se prevede alimentarea acestora de la doua surse de energie electric .

28


La funcionarea normal consumatorii se alimenteaz de la una din surse, iar in caz de avarie a acestuia sau a caii de alimentare, ei sunt trecui automat pe cea de a doua surs , cu ajutorul instalaiei de anclanare automat a alimentrii de rezerva, A.A.R. O instalaie A.A.R trebuie s ndeplineasc urmtoare condiii principale : - la cderea automat alimentrii A.A.R. trebuie s intervin automat ; - dac la acionarea A.A.R. apare un defect pe barele alimentate prin A.A.R., i intervine protecia trebuie ca instalaia de A.A.R. s nu lucreze; - intervenia A.A.R. trebuie astfel asigurat nct s nu duc la o extindere a avariei; - timpul de A.A.R. se admite avndu-se in vedere cele dou condiii contradictorii impuse : pe de o parte timp scurt pentru ca motoarele racordate la barele alimentate de A.A.R. s poat reporni , pe de alt parte timp suficient de lung pentru a se asigura deconectarea selectiv, prin protecie a elementului avariat. Prin instalaie A.A.R. se nelege totalitatea dispozitivelor care in cazul ntreruperii din orice cauz a alimentarii normale conecteaz automat alimentarea de rezerv, asigurnd astfel continuitatea alimentarii consumatorilor de energie electric , cu excepia unei foarte mici ntreruperi pe timpul funcionarii A.A.R. care nu perturb funcionarea receptoarelor de energie electric. Un caz aparte de A.A.R. l reprezint R.A.B.D. care nseamn reanclanarea automat pe bucla deschis utilizat n staiile de 110/10 KV. Cupla transversal poate fi deschis sau nchis .Instalaia R.A.B.D. va aciona att asupra ntreruptorului cuplei ct i asupra ntreruptoarelor transformatoarelor . Situaiile de funcionare posibile schemei sunt: - transformatorul T 3 in funciune, transformatorul T4 in rezerv ,CT conectat; - transformatorul T3 in funciune ,transformatorul T4 in rezerv , CT deconect; - transformatorul T3 si T4 in funciune si CT deconectat; - transformatorul T3 in rezerv si transformatorul T4 in funciune ,CT conectat. Clasificarea sistemelor A.A.R: Din punct de vedere al modului n care se face anclanarea ntreruptorului alimentarii de rezerv se deosebesc: - sisteme A.A.R .mecanice; - sisteme A.A.R. electrice. Din punctul de vedere al modului de revenire al schemei exist trei tipuri de sisteme A.A.R. - sistem A.A.R. care permite trecerea automat de la alimentarea principal la alimentarea de rezerv revenirea la alimentarea principal putndu-se face numai prin comanda manual; - sistem A.A.R. care permite trecerea automat de la alimentarea principal la alimentarea de rezerv, asigurnd totodat revenirea automat la alimentarea principal ,in caz c instalaia sesizeaz restabilirea condiiilor de funcionare a alimentarii principale; - sistem de A.A.R. care prin comutare poate considera oricare dintre cele dou surse drept alimentare principal si pe cealalt drept alimentare de rezerv . Pentru realizarea funciilor de A.A.R. se vor prevedea dup posibilitile de procurare: - echipamente /dispozitive special destinate acestor scopuri; - echipamente care cumuleaz mai multe funciuni aferente ntreruptoarelor (D.R.R.I., R.A.R., R.A.B.D., declanare la regimuri cu numr incomplet de faze). - echipamente numerice de comand-control, la nivelul celulei sau staiei. Indiferent de modul de realizare A.A.R. va fi prevzut cu dispozitive pentru punerea i scoaterea din funciune a automaticii de ctre personalul de conducere i cu urmtorul volum minim de semnalizri: - A.A.R. in funciune (pregtit de funcionare); - a funcionat A.A.R.. Timpul t A.A.R. care reprezint timpul la anclanarea ntreruptorului de rezerv se numete timp de A.A.R . 29


In timpul de A.A.R. turaia motoarelor cuplate la bare scade, impedana lor scade brusc, curentul absorbit crete mult. In cursul autopornirii la revenirea tensiunii pe bare prin A.A.R. ,are loc o nou cdere de tensiune in reactanele de legtur dintre motoare si sursa care poate face ca tensiunea restabilit s fie inferioar celei nominale .In acest caz poate apare fenomenul cunoscut sub numele de avalan de tensiune care const in urmtoarele: tensiunea restabilit dup trecerea timpului de A.A.R. va determina la arborele motoarelor un cuplu motor mai mic dect cuplul rezistent al sarcinii; motoarele asincrone trec in regim de frnare ,curentul absorbit crete tensiunea scade i mai mult, iar n cele din urm motoarele se opresc. Intr-asemenea situaie , A.A.R. devine practic ineficace .Se observ c la scderea tensiunii de alimentare la valori Urez < 0.8Un, apare pericolul acestui fenomen de avalan de tensiune. Ca urmare ,este de dorit ca tA.A.R sa fie cat mai mic, limitat numai de timpul de declanare a ntreruptorului de pe calea de alimentare normal. In prezent tA.A.R. =(0.2.0.5)secunde, avnd n vedere echiparea cu protecii moderne, rapide i selective i cu ntreruptoare cu acionare rapid. De fapt rezult c: tA.A.R.=(tp+tR.A.R)+t; (22)

unde:tp = temporizarea treptei a 2-a a proteciei de distan a unei linii; tR.A.R.=pauza de R.A.R.a ntreruptorului liniei considerate; t= treapta de timp La proiectarea sau alegerea unei scheme de A.A.R. trebuie s se in seama de parametrii care determin autopornirea motoarelor electrice asincrone de la consumator ,tensiunea rezidual pe barele consumatorului n momentul pornirii A.A.R. ,numrul i puterea motoarelor asincrone care se pot autoporni, avnd in vedere faptul ca unii dintre consumatorii mai putini importani pot fi sacrificai n astfel de situaii. Pentru a se asigura funcionarea corect o singur dat a A.A.R. se prevede un element de blocaj [13]. Automatizarea D.A.S Descrcarea automat a sarcinii va fi prevzut att pentru limitarea scderii frecventei si a tensiunii ct i pentru evitarea pierderii stabilitii sistemului electric. Funcia D.A.S .se realizeaz in staiile si centralele sistemului electric si nu direct n instalaiile consumatorilor . D.A.S. care acioneaz la scderea frecventei este numit D.A.S. de frecven (D.A.S.f) spre deosebire de D.A.S care acioneaz la scderea tensiunii D.A.S. de tensiune(D.A.S.U). Descrcarea automat a sarcinii are rolul ca la scderea sub o anumit limit a capacitii sistemului electroenergetic sau a unei pri a lui de a alimenta consumatorii , s restabileasc prin reducerea sarcinii consumate echilibrul ntre puterile produse i cele consumate n cadrul sistemului sau al prii sistemului. Puterea consumatorilor sacrificai prin D.A.S. se stabilete pe zone i pe ntreg sistemul energetic, n funcie de frecvena reelei i tensiunea la bare ,puterea sau curentul pe cile de alimentare. La funcionarea normal a unui sistem energetic frecvena este de 50 de Hz (constant) pentru c puterile debitate de generatoare i cele cerute de consumatori sunt egale. Scderea frecvenei care apare ntr-un sistem sau ntr-o parte detaat dintr-un sistem ca urmare a unui defect de putere este periculoas att pentru sistemul respectiv care poate ajunge la scderea total printr-o prbuire n avalan a frecvenei si a tensiunii , ct i pentru turbinele sistemului , respectiv pentru consumatori. Dac nu exist n sistem o rezerv turnat suficient pentru a face fa deficitului de putere , singura soluie pentru pstrarea n funciune a sistemului este deconectarea imediat a unei pri a sarcinii pan la redobndirea echilibrului. 30


Dac putere produs n sistemul electric este egal cu puterea electric consumat, Pc, frecvena n sistem rmne la valoarea de 50 de Hz .La conectarea unei sarcini mari sau la deconectarea unor grupuri generatoare mari avnd P=Pg-Pc

capitole final

Documents