¿Cómo es la protección de relé de líneas eléctricas?

El transporte continuo y confiable de electricidad a los consumidores es una de las principales tareas que resuelven constantemente los ingenieros eléctricos. Para proveerlo se crearon redes eléctricas compuestas por subestaciones de distribución y líneas eléctricas de conexión. Para mover la energía a largas distancias, se utilizan soportes a los que se suspenden los cables de conexión. Están aislados entre ellos y el suelo por una capa de aire ambiente. Estas líneas se denominan líneas aéreas por el tipo de aislamiento.

Si la distancia de la carretera de transporte es corta o por razones de seguridad es necesario ocultar la línea eléctrica en el suelo, entonces se utilizan cables.

Las líneas eléctricas aéreas y por cable están constantemente bajo voltaje, cuyo valor está determinado por la estructura de la red eléctrica.

Propósito de la protección de relé de líneas eléctricas.

En caso de falla del aislamiento en cualquier lugar de un cable o línea aérea extendida, el voltaje aplicado a la línea crea una corriente de fuga o cortocircuito a través de la sección dañada.

Las razones para romper el aislamiento pueden ser varios factores que pueden eliminar o continuar su efecto destructivo. Por ejemplo, una cigüeña que vuela entre los cables de una línea eléctrica aérea crea un circuito de fase a fase con sus alas y se quema, cayendo cerca.

O un árbol que crecía muy cerca del soporte, durante una tormenta, fue derribado sobre los cables por una ráfaga de viento y provocó un cortocircuito.

En el primer caso, el cortocircuito se produjo durante un breve período de tiempo y desapareció, y en el segundo, la violación del aislamiento fue de carácter prolongado y requirió su eliminación por parte del personal de mantenimiento.

Tal daño puede causar un gran daño a las centrales eléctricas. Las corrientes de los cortocircuitos resultantes tienen una gran energía térmica, que puede quemar no solo los cables de las líneas eléctricas, sino también destruir los equipos eléctricos de las subestaciones eléctricas.

Por estos motivos, cualquier daño que se produzca en las líneas eléctricas debe repararse de inmediato. Esto se logra eliminando el voltaje de la línea con falla en el lado de suministro. Si dicha línea eléctrica recibe energía de ambos lados, entonces ambos deben desactivarse.

Las funciones de monitoreo constante de los parámetros eléctricos del estado de todas las líneas eléctricas y la eliminación de su voltaje desde todos los lados en caso de situaciones de emergencia se asignan a sistemas técnicos complejos, que tradicionalmente se denominan protección de relé.

El adjetivo "relé" se deriva de la base elemental basada en los relés electromagnéticos, cuyos diseños surgieron con la aparición de las primeras líneas eléctricas y se están mejorando hasta el día de hoy.

Dispositivos de protección modulares, ampliamente introducidos en la práctica de los ingenieros eléctricos. basado en tecnología de microprocesador y tecnología informática no excluyen un reemplazo completo de los dispositivos de relé y, según la tradición establecida, también se introducen en los dispositivos de protección de relé.

Principios de protección de relé

Autoridades de monitoreo de red

Para monitorear los parámetros eléctricos de las líneas eléctricas, es necesario contar con instrumentos para su medición, que puedan monitorear constantemente cualquier desviación del modo normal en la red y al mismo tiempo cumplir con las condiciones para una operación segura.

En las líneas eléctricas de todas las tensiones, esta función está asignada a los transformadores de medida, se clasifican en transformadores:

• corriente (TT);

• voltaje (VT).

Dado que la calidad de la operación de protección es de importancia primordial para la confiabilidad de todo el sistema eléctrico, se imponen mayores requisitos para la precisión de la operación en los CT y VT de medición, que están determinados por sus características metrológicas.

Las clases de precisión de los transformadores de medida para uso en dispositivos de protección y automatización de relés (protección y automatización de relés) están estandarizadas por los valores «0,5», «0,2» y «P».

Transformadores de tensión de medida

En la siguiente foto se muestra una vista general de la instalación de transformadores de tensión en la línea aérea de 110 kV.

Aquí se puede ver que los TT no están instalados en ningún lugar a lo largo de una línea de extensión, sino en el tablero de distribución de una subestación eléctrica. Cada transformador está conectado por sus terminales primarios al conductor correspondiente de la línea aérea y circuito de tierra.

El voltaje convertido de los devanados secundarios sale a través de los interruptores 1P y 2P a través de los conductores correspondientes del cable de alimentación. Para uso en dispositivos de protección y medición, los devanados secundarios se conectan según el esquema "estrella" y "triángulo", como se muestra en la foto para VT-110 kV.

Disminuir pérdida de voltaje y operación precisa de la protección del relé, se utiliza un cable de alimentación especial y se imponen mayores requisitos en su instalación y operación.

Los TT de medición se crean para cada tipo de tensión de línea y se pueden conmutar según diferentes esquemas para realizar tareas específicas. Pero todos funcionan según el principio general de convertir el valor lineal del voltaje de la línea de transmisión en un valor secundario de 100 voltios, copiando y enfatizando con precisión todas las características de los armónicos primarios en una cierta escala.

La relación de transformación de VT está determinada por la relación de los voltajes de línea de los circuitos primario y secundario. Por ejemplo, para la línea aérea de 110 kV considerada, se escribe de la siguiente manera: 110000/100.

Transformadores de corriente de instrumentos

Estos dispositivos también convierten la carga de la línea primaria en valores secundarios con la máxima repetición de cualquier cambio en los armónicos de la corriente primaria.

Para facilitar la operación y el mantenimiento de los equipos eléctricos, también se instalan en los dispositivos de distribución de las subestaciones.

Transformadores de corriente Se incluyen en el circuito de la línea aérea de una manera diferente al VT: con su devanado primario, que generalmente está representado por una sola vuelta en forma de cable de corriente continua, simplemente se cortan en cada cable de la fase de la línea.Esto se puede ver claramente en la foto de arriba.

La relación de transformación de CT está determinada por la relación de selección de valores nominales en la etapa de diseño de la línea eléctrica. Por ejemplo, si la línea de alimentación está diseñada para transportar 600 amperios y se quitarán 5 A del secundario del CT, entonces se usa la designación 600/5.

En electricidad se aceptan dos estándares para los valores de las corrientes secundarias que se utilizan:

• 5 A para todos los TC hasta 110 kV inclusive;

• 1 A para líneas de 330 kV y superiores.

Los devanados secundarios TT están conectados para la conexión a dispositivos de protección de acuerdo con diferentes esquemas:

• estrella llena;

• estrella incompleta;

• triángulo.

Cada compuesto tiene sus propias características específicas y se utiliza para ciertos tipos de protección de diferentes maneras. En la foto se muestra un ejemplo de cómo conectar transformadores de corriente y bobinas de relé de corriente a un circuito en estrella completo.

Este es el filtro de armónicos más simple y común utilizado en muchos circuitos de relés de protección. En él, las corrientes de cada fase están controladas por un relé separado del mismo nombre, y la suma de todos los vectores pasa a través de la bobina incluida en el cable neutro común.

El método de uso de transformadores de medida de corriente y tensión permite transferir los procesos primarios que tienen lugar en el equipo de potencia al circuito secundario en una escala precisa para su uso en el hardware de protección de relés y la creación de algoritmos para la operación de la lógica. Dispositivos para eliminar procesos de equipos de emergencia.

Autoridades para el tratamiento de la información recibida

En la protección de relés, el principal elemento de trabajo es un relé, un dispositivo eléctrico que realiza dos funciones principales:

• monitorea la calidad del parámetro observado, por ejemplo, actual, y en modo normal mantiene estable y no cambia el estado de su sistema de contacto;

• cuando se alcanza un valor crítico llamado set point o umbral de respuesta, inmediatamente cambia la posición de sus contactos y permanece en este estado hasta que el valor observado vuelve al rango normal.

Los principios de formación de circuitos para conmutar relés de corriente y tensión en circuitos secundarios ayudan a comprender la representación de armónicos sinusoidales por cantidades vectoriales con su representación en un plano complejo.

En la parte inferior de la imagen, se muestra un diagrama vectorial para un caso típico de distribución de sinusoides en tres fases A, B, C en el modo de operación de la fuente de alimentación del consumidor.

Supervisión del estado de los circuitos de corriente y tensión

En parte, el principio de procesamiento de señales secundarias se muestra en el circuito para encender los devanados de CT y relé de acuerdo con el esquema completo de estrella y VT de ORU-110. Este método le permite agregar vectores de las siguientes maneras.

La inclusión de la bobina del relé en cualquiera de los armónicos de estas fases le permite controlar completamente los procesos que tienen lugar en él y apagar el circuito en caso de accidentes. Para hacer esto, es suficiente usar diseños adecuados de dispositivos de relé para corriente o voltaje.

Los esquemas anteriores son un caso especial del uso versátil de diferentes filtros.

Métodos de control de la potencia que pasa a través de la línea.

Los dispositivos de protección de relés controlan el valor de la potencia en función de las lecturas de todos los mismos transformadores de corriente y tensión.En este caso se utilizan fórmulas conocidas y relaciones de potencia total, activa y reactiva entre ellas y sus valores expresados ​​por los vectores de corrientes y voltajes.

Se entiende que el vector de corriente está formado por la fem aplicada a la resistencia de línea y supera por igual a sus partes activas y reactivas. Pero al mismo tiempo, en las secciones con componentes Ua y Up, se produce una caída de tensión según las leyes descritas por el triángulo de tensión.

La energía se puede transferir de un extremo a otro de la línea e incluso invertirse cuando se transporta electricidad.

Los cambios en su dirección son el resultado de:

• conmutación de cargas por parte del personal operativo;

• fluctuaciones de energía en el sistema debido a los efectos de transitorios y otros factores;

• aparición de modos de emergencia.

Los relés de potencia (PM) que funcionan como parte del sistema de automatización y protección del relé tienen en cuenta las fluctuaciones en sus direcciones y están configurados para funcionar cuando se alcanza el valor crítico.

Métodos de control de resistencia de línea

Los dispositivos de protección de relés que calculan la distancia a la ubicación del cortocircuito en función de las mediciones de resistencia eléctrica se denominan protección de distancia o DZ para abreviar. También utilizan circuitos transformadores de corriente y voltaje en su trabajo.

Para medir la resistencia, utilice Una expresión de la ley de Ohmdescrito para la sección del circuito en consideración.

Cuando una corriente sinusoidal pasa a través de una resistencia activa, capacitiva e inductiva, el vector de caída de voltaje en ellos se desvía en diferentes direcciones. Esto se tiene en cuenta por el comportamiento del relé de protección.

De acuerdo con este principio, muchos tipos de relés de resistencia (RS) funcionan en dispositivos de protección y automatización de relés.

Métodos de control de frecuencia de línea

Para mantener la estabilidad del período de oscilación de los armónicos de la corriente transmitida a través de la línea eléctrica, se utilizan relés de control de frecuencia. Funcionan según el principio de comparar la onda sinusoidal de referencia producida por el generador incorporado con la frecuencia obtenida por los transformadores de medida lineales.

Después de procesar estas dos señales, el relé de frecuencia determina la calidad del armónico observado y, cuando se alcanza el valor establecido, cambia la posición del sistema de contacto.

Características del control de parámetros de línea por protecciones digitales

Los desarrollos de microprocesadores que reemplazan las tecnologías de relés tampoco pueden funcionar sin valores secundarios de corrientes y voltajes, que se eliminan de los transformadores de medición TT y VT.

Para el funcionamiento de las protecciones digitales, la información sobre la onda senoidal secundaria se procesa por métodos de muestreo, que consisten en superponer una alta frecuencia a una señal analógica y fijar la amplitud del parámetro controlado en la intersección de las gráficas.

Debido al pequeño paso de muestreo, los métodos de procesamiento rápido y el uso del método de aproximación matemática, se obtiene una alta precisión en la medición de las corrientes y voltajes secundarios.

Los valores numéricos calculados de esta manera se utilizan en el algoritmo para el funcionamiento de dispositivos con microprocesador.

La parte lógica de la protección y automatización de relés.

Después de modelar los valores iniciales de las corrientes y voltajes de la electricidad transmitida a lo largo de la línea eléctrica mediante transformadores de medición seleccionados para el procesamiento por filtros y recibidos por los órganos sensibles de los dispositivos de relé para corriente, voltaje, potencia, resistencia y frecuencia, es el turno de los circuitos de los relés lógicos.

Su diseño se basa en relés que funcionan a partir de una fuente adicional de tensión constante, rectificada o alterna, que también se denomina operativa, y los circuitos alimentados por ella son operativos. Este término tiene un significado técnico: muy rápidamente, sin demoras innecesarias, para realizar sus cambios.

La velocidad de funcionamiento del circuito lógico determina en gran medida la velocidad de la parada de emergencia y, por tanto, el grado de sus consecuencias destructivas.

Por la forma en que realizan sus tareas, los relés que trabajan en circuitos operativos se denominan intermedios: reciben una señal del dispositivo de protección de medición y la transmiten al cambiar sus contactos a los órganos ejecutivos: relés de salida, solenoides, electroimanes para desconectar o cerrar los interruptores de potencia. .

Los relés intermedios suelen tener varios pares de contactos que funcionan para abrir o cerrar un circuito. Se utilizan para reproducir simultáneamente comandos entre diferentes dispositivos de protección de relés.

En el algoritmo de operación de la protección del relé, a menudo se introduce un retardo para garantizar el principio de selectividad y formar la secuencia de un determinado algoritmo. Bloquea la operación de protección durante la configuración.

Esta entrada de retardo se crea utilizando relés de tiempo especiales (RV) que tienen un mecanismo de reloj que afecta la velocidad de sus contactos.

La parte lógica de la protección del relé utiliza uno de los muchos algoritmos diseñados para diferentes casos que pueden ocurrir en una línea eléctrica de cierta configuración y voltaje.

A modo de ejemplo, podemos dar solo algunos nombres del funcionamiento de la lógica de dos protecciones de relé en función del control de la corriente de la línea de alimentación:

• interrupción de corriente (indicación de velocidad) sin demora o con demora (garantiza la selectividad de RF), teniendo en cuenta la dirección de la potencia (debido al relé RM) o sin ella;

• la protección contra sobrecorriente se puede proporcionar con los mismos controles que la desconexión, completa con o sin controles de bajo voltaje de línea.

Los elementos de automatización de varios dispositivos a menudo se introducen en la operación de la lógica de protección del relé, por ejemplo:

• reconexión de interruptores de alimentación monofásicos o trifásicos;

• encender la fuente de alimentación de respaldo;

• aceleración;

• descarga de frecuencia

La parte lógica de la protección de línea se puede realizar en un pequeño compartimento de relés directamente encima del interruptor de alimentación, que es típico para aparamenta completa externa (KRUN) con tensión de hasta 10 kV, o ocupar varios paneles de 2x0,8 m en la sala de relés. .

Por ejemplo, la lógica de protección para una línea de 330 kV se puede colocar en paneles de protección separados:

• reservar;

• DZ - remoto;

• DFZ — fase diferencial;

• VCHB — bloqueo de alta frecuencia;

• OAPV;

• aceleración.

Circuitos de salida

Los circuitos de salida sirven como elemento final de la protección del relé lineal, su lógica también se basa en el uso de relés intermedios.

Los circuitos de salida forman el orden de operación de los interruptores de línea y determinan la interacción con conexiones adyacentes, dispositivos (por ejemplo, protección contra fallas del interruptor, disparo de emergencia del interruptor) y otros elementos de protección y automatización de relés.

Las protecciones de línea simple pueden tener un solo relé de salida que dispara el interruptor. En sistemas complejos con protección ramificada, se crean circuitos lógicos especiales que funcionan de acuerdo con un determinado algoritmo.

La eliminación definitiva de tensión de la línea en caso de emergencia se realiza mediante un interruptor de potencia, que se acciona por la fuerza del electroimán de disparo. Para su funcionamiento se suministran cadenas portacables especiales, que pueden soportar cargas potentes.Ki.