N. V. Chernobrovov

PROTECCIÓN DEL RELÉ

QUINTA EDICIÓN, REVISADA

Aprobado por el Ministerio de Energía y Electrificación de la URSS.

como material didáctico para estudiantes de energía

y escuelas técnicas de construcción energética

“ENERGÍA” MOSCÚ 1974

UDC 621.316..925 (075)

Chernobrovov N.V.

Ch-49 Protección de relé. Libro de texto para escuelas técnicas. Ed. 5to, revisado y adicional M., "Energía", 1974. 680 p. Con enfermedad.

El libro examina la protección de relés de redes eléctricas, equipos de centrales eléctricas y barras colectoras de distribución. La cuarta edición del libro fue publicada en

El libro está pensado como un libro de texto para estudiantes de facultades de ingeniería energética y puede ser utilizado por estudiantes de universidades de ingeniería eléctrica e ingeniería energética, así como por ingenieros y técnicos involucrados en la operación, instalación y diseño de protección de relés de plantas y redes eléctricas. .

30311-601 051(01)-74

Editorial "Energía", 1974

PREFACIO A LA QUINTA EDICIÓN

La protección de relé elimina automáticamente daños y condiciones anormales en la parte eléctrica de los sistemas de energía y es la automatización más importante que garantiza su funcionamiento confiable y estable.

EN En los sistemas de energía modernos, la importancia de la protección de los relés está aumentando especialmente debido al rápido crecimiento en el poder de los sistemas de energía, su unificación en sistemas únicos conectados eléctricamente dentro de varias regiones, todo el país e incluso varios estados.

Una característica de los sistemas energéticos modernos es el desarrollo de redes de alto y ultra alto voltaje, con la ayuda de las cuales se interconectan los sistemas energéticos y se transfieren grandes flujos de energía eléctrica desde las potentes centrales eléctricas a los grandes centros de consumo.

EN En la Unión Soviética, sobre la base de redes de 500 kV, se está creando el Sistema Unificado de Energía del país (UES), se están construyendo líneas de transmisión largas y potentes. 500-750 kV, y en un futuro próximo se planea crear transmisiones aún más potentes de corriente alterna de 1150 kV y corriente continua de 1500 kV, se están construyendo las centrales térmicas, hidráulicas y nucleares más grandes y la capacidad de las unidades de energía es creciente. En consecuencia, aumenta la potencia de las subestaciones eléctricas, la configuración de las redes eléctricas se vuelve más compleja y aumenta su carga.

Las cargas crecientes, el aumento de la longitud de las líneas eléctricas y los requisitos cada vez más estrictos para la estabilidad de los sistemas eléctricos complican las condiciones de funcionamiento de la protección del relé y aumentan los requisitos para su velocidad, sensibilidad y confiabilidad. En este sentido, existe un proceso continuo de desarrollo y mejora de la tecnología de protección de relés, destinado a crear una protección cada vez más avanzada que cumpla con los requisitos de la energía moderna.

Se están creando y poniendo en funcionamiento nuevas protecciones para la transmisión de energía a larga distancia de voltaje ultra alto, para grandes generadores, transformadores y unidades de energía. Se están desarrollando protecciones a distancia con características complejas que permiten obtener una solución óptima a un problema muy complejo: una desafinación confiable de la protección contra cargas y oscilaciones manteniendo una sensibilidad suficiente durante los cortocircuitos. Se están buscando formas de mejorar el bloqueo contra oscilaciones y daños en los circuitos de tensión. Se están mejorando los métodos para reservar fallos de protecciones e interruptores. La tendencia a abandonar los relés electromecánicos y pasar a sistemas estáticos sin contacto es cada vez más evidente.

En este sentido, se utiliza mucho en dispositivos de protección de relés para dispositivos semiconductores (diodos, transistores, tiristores). Se están desarrollando diseños de relés basados ​​en elementos magnéticos. Se están realizando intentos para utilizar relés de contacto que sean más fiables que los diseños electromecánicos convencionales. Dichos relés incluyen contactos sellados controlados magnéticamente (interruptores de láminas), que son relés sin anclaje (utilizados en tecnología informática). Se caracterizan por su alta velocidad, fiabilidad y tamaño pequeño. Se está considerando la posibilidad de utilizar una computadora digital para realizar funciones de protección de relés.

Cada vez es más necesario utilizar una computadora digital para calcular los ajustes de protección, ya que dichos cálculos en los sistemas eléctricos modernos requieren mucho trabajo y mucho tiempo.

En relación con el aumento de las corrientes de cortocircuito causado por el aumento de la capacidad de generación de los sistemas eléctricos, se vuelven relevantes las cuestiones de la precisión de la transformación de las corrientes primarias que alimentan los elementos de medición de la protección de los relés. Para resolver este problema, se están realizando estudios sobre el comportamiento de los transformadores de corriente, se están estudiando las posibilidades de aumentar su precisión, se están desarrollando métodos prácticos para calcular los errores de los transformadores de corriente y se están desarrollando métodos nuevos y más precisos para transformar las corrientes primarias. siendo buscado.

En preparación para la reedición del libro, el autor buscó reflejar los nuevos desarrollos de la tecnología doméstica en las áreas de desarrollo enumeradas anteriormente. El libro incluye nuevas protecciones y soluciones técnicas que ya han encontrado aplicación en la práctica o tienen una perspectiva real de aplicación. Teniendo esto en cuenta, se han realizado modificaciones y adiciones al capítulo tercero, dedicado a los transformadores de corriente, al capítulo quince, que establece los principios de protección de los generadores, y al capítulo diecisiete, relativo a la protección de unidades. Se han realizado cambios y aclaraciones en los capítulos restantes, principalmente destinados a mejorar la presentación.

El autor expresa su agradecimiento a la crítica del libro T. N. Dorodnova por una serie de útiles comentarios. El autor solicita que todos los deseos y comentarios se envíen a la dirección: 113114, Moscú, terraplén Shlyuzovaya, 10, Editorial "Energia".

CAPÍTULO UNO

CONCEPTOS GENERALES SOBRE PROTECCIÓN DE RELÉS

1-1.PROPÓSITO DE LA PROTECCIÓN DEL RELÉ

En los sistemas de energía pueden ocurrir daños y condiciones anormales de funcionamiento de los equipos eléctricos de las centrales y subestaciones de energía, sus aparamentas, líneas eléctricas e instalaciones eléctricas de los consumidores de energía eléctrica.

En la mayoría de los casos, los daños van acompañados de un aumento significativo de la corriente y una profunda disminución del voltaje en los elementos del sistema eléctrico.

El aumento de corriente genera grandes cantidades de calor, provocando destrucción en el lugar de la falla y calentamiento peligroso de líneas y equipos no dañados que transportan la corriente.

Una disminución del voltaje altera el funcionamiento normal de los consumidores de electricidad y la estabilidad del funcionamiento paralelo de los generadores y del sistema eléctrico en su conjunto.

Las condiciones anormales suelen provocar desviaciones de los valores de tensión, corriente y frecuencia de los valores permitidos. Cuando la frecuencia y el voltaje disminuyen, existe el peligro de alterar el funcionamiento normal de los consumidores y la estabilidad del sistema eléctrico, y un aumento de voltaje y corriente amenaza con dañar los equipos y las líneas eléctricas.

Por lo tanto, el daño interrumpe el funcionamiento del sistema eléctrico y de los consumidores de electricidad, y las condiciones anormales crean la posibilidad de daño o interrupción del sistema eléctrico.

Para garantizar el funcionamiento normal del sistema de energía y de los consumidores de electricidad, es necesario identificar y separar el lugar del daño de la red intacta lo más rápido posible, restableciendo así las condiciones normales de funcionamiento y deteniendo la destrucción en el lugar del daño.

Las peligrosas consecuencias de los modos anormales también se pueden prevenir si se detecta oportunamente una desviación del modo normal y se toman medidas para eliminarla (por ejemplo, reducir la corriente cuando aumenta, reducir el voltaje cuando aumenta, etc. ).

En este sentido, existe la necesidad de crear y utilizar dispositivos automáticos que realicen estas operaciones y protejan el sistema y sus elementos de las peligrosas consecuencias de daños y condiciones anormales.

Inicialmente, se utilizaban fusibles como protección. Sin embargo, a medida que la potencia y el voltaje de las instalaciones eléctricas crecieron y sus circuitos de conmutación se volvieron más complejos, este método de protección se volvió insuficiente, por lo que se crearon dispositivos de protección utilizando máquinas automáticas especiales: relés, llamados protección de relés.

La protección por relé es el principal tipo de automatización eléctrica, sin la cual es imposible el funcionamiento normal y fiable de los sistemas energéticos modernos.

Supervisa continuamente el estado y el modo de funcionamiento de todos los elementos del sistema de energía y responde ante la aparición de daños y condiciones anormales.

Cuando ocurre un daño, la protección identifica y desconecta el área dañada del sistema actuando sobre interruptores de energía especiales diseñados para interrumpir las corrientes de falla.

Cuando ocurren condiciones anormales, la protección las identifica y, dependiendo de la naturaleza de la violación, realiza las operaciones necesarias para restablecer las condiciones normales o envía una señal al personal de servicio.

En los sistemas eléctricos modernos, la protección del relé está estrechamente relacionada con la automatización eléctrica, diseñada para restaurar rápidamente y automáticamente el funcionamiento normal y suministrar energía a los consumidores.

Los principales dispositivos de dicha automatización incluyen: reconectadores automáticos (AR), interruptores automáticos para suministros y equipos de energía de respaldo (AVR) y deslastre automático de frecuencia (AFS).

Consideremos con más detalle los principales tipos de daños y condiciones anormales que ocurren en las instalaciones eléctricas y sus consecuencias.

1-2. DAÑOS EN INSTALACIONES ELÉCTRICAS

La mayoría de las fallas en los sistemas eléctricos resultan en cortocircuitos entre fases o a tierra (Figura 1-1). En los devanados de máquinas eléctricas y transformadores, además de los cortocircuitos, se producen cortocircuitos entre las espiras de una fase.

Las principales causas de daño son:

1) violación del aislamiento de las partes vivas causada por su envejecimiento, estado insatisfactorio, sobretensión, daño mecánico;

2) daños a cables y soportes de líneas eléctricas causados ​​por su condición insatisfactoria, hielo, vientos huracanados, cables danzantes y otras razones;

3) errores del personal durante las operaciones (apagar los seccionadores bajo carga, encenderlos en una conexión a tierra abandonada por error, etc.).

Todo daño es consecuencia de defectos de diseño o imperfecciones del equipo, mala calidad de fabricación, defectos de instalación, errores de diseño, cuidado insatisfactorio o inadecuado del equipo, modos de funcionamiento anormales del equipo, funcionamiento del equipo en condiciones en las que

centeno no se calcula. Por tanto, el daño no puede considerarse inevitable, pero al mismo tiempo no se puede ignorar la posibilidad de que ocurra.

Cortocircuitos(k.z.) son el tipo de daño más peligroso y grave. Con cortocircuito mi. d.s. E de la fuente de energía (generador) se cortocircuita debido a la resistencia relativamente baja de generadores, transformadores y líneas (ver Fig. 1-

1, a - d y f).

Por tanto, en un circuito en cortocircuito. d.s. Surge una gran corriente Ic, llamada corriente de cortocircuito.

Los cortocircuitos se dividen en trifásicos, bifásicos y monofásicos según el número de fases cerradas; para cortocircuitos con y sin tierra; cortocircuitos en uno o dos puntos de la red (Fig. 1-1).

Con cortocircuito Debido a un aumento de corriente, aumenta la caída de voltaje en los elementos del sistema, lo que conduce a una disminución del voltaje en todos los puntos de la red, ya que el voltaje en

cualquier punto M (Fig. 1-2, a) UM - E-Ik zm, donde E - e. d.s. fuente de energía, y zM es la resistencia de la fuente de energía al punto M.

La mayor reducción de voltaje se produce en el cortocircuito. (punto K) y en las inmediaciones del mismo (Fig. 1-2, a). En puntos de la red alejados del lugar del daño,

La tensión disminuye en menor medida.

Ocurriendo como resultado de un cortocircuito. Un aumento de corriente y una disminución del voltaje tienen una serie de consecuencias peligrosas:

a) Corriente de cortocircuito Ik, según la ley de Joule-Lenz, libera calor Q = kIk 2 rt en la resistencia activa r del circuito por el que pasa durante el tiempo t.

En el lugar del daño, este calor y la llama del arco eléctrico producen una gran destrucción, cuyo tamaño es mayor cuanto mayores son la corriente Ik y el tiempo t.

Pasando a través de equipos y líneas eléctricas en buen estado, corriente de cortocircuito. Los calienta por encima del límite permitido, lo que puede causar daños al aislamiento y a las piezas vivas.

b) Reducción de tensión durante cortocircuito. altera el trabajo de los consumidores.

El principal consumidor de electricidad son los motores eléctricos asíncronos.

Por lo tanto, con una fuerte disminución de voltaje, el par de rotación de los motores eléctricos puede ser menor que el momento de resistencia de los mecanismos, lo que conduce a su parada.

El funcionamiento normal de las instalaciones de iluminación, que constituyen la segunda parte importante de los consumidores de electricidad, también se ve alterado cuando disminuye la tensión.

Las máquinas informáticas y de control, que se han introducido ampliamente en los últimos tiempos, son especialmente sensibles a las caídas de tensión.

c) La segunda consecuencia, la más grave, de una disminución de voltaje es una violación de la estabilidad del funcionamiento en paralelo de los generadores. Esto puede provocar el colapso del sistema y la pérdida de energía para todos sus consumidores.

Las razones de esta decadencia se pueden explicar usando el ejemplo del sistema mostrado en la Fig. 1-2, segundo. En modo normal, el par mecánico de las turbinas se equilibra con el par de contrapeso creado por la carga eléctrica de los generadores, como resultado de lo cual la velocidad de rotación de todos los turbogeneradores es constante e igual a síncrona. Si ocurre un cortocircuito en el punto K en las barras colectoras de la central eléctrica A, el voltaje en ellas será cero, como resultado de lo cual la carga eléctrica y, por lo tanto, el par de contrapeso de los generadores también será cero. Al mismo tiempo, entra la misma cantidad de vapor (o agua) a la turbina y su par permanece sin cambios. Como resultado, la velocidad de rotación del turbogenerador comenzará a aumentar rápidamente, ya que el regulador de velocidad de la turbina actúa lentamente y no podrá evitar la aceleración de rotación de los turbogeneradores de la estación A.

Los generadores de la estación B se encuentran en condiciones diferentes. Están lejos del punto K, por lo que el voltaje en sus autobuses puede estar cerca de lo normal. Debido a que los generadores de la central A están descargados, toda la carga del sistema recaerá sobre los generadores de la estación B, lo que puede sobrecargar y reducir la velocidad de rotación. Por tanto, como resultado de un cortocircuito. la velocidad de rotación de los generadores de las centrales eléctricas A y B se vuelve diferente, lo que provoca una interrupción de su funcionamiento sincrónico.

Con un largo cortocircuito. También puede haber una violación de la estabilidad de los sistemas eléctricos asíncronos.

motores. Cuando cae el voltaje, la velocidad de rotación de los motores eléctricos asíncronos disminuye.

Si el deslizamiento supera un valor crítico, el motor entrará en una zona de funcionamiento inestable, volcará y frenará por completo.

Al aumentar el deslizamiento, aumenta la potencia reactiva consumida por los motores asíncronos, lo que puede provocar un cortocircuito tras la desconexión. a una escasez de potencia reactiva y, como consecuencia, a una disminución de tensión similar a una avalancha en todo el sistema y al cese de su funcionamiento.

Los accidentes con violación de la estabilidad del sistema son los más graves en cuanto a la magnitud del daño causado al suministro de energía.

Consecuencias consideradas del cortocircuito. confirman la conclusión anterior de que son un tipo de daño grave y peligroso que requiere una parada rápida (ver § 1-4).

Falla a tierra de una fase en una red con neutro aislado o puesto a tierra

conectados a través de la alta resistencia de la bobina de extinción de arco (AGC). En la figura. 1-1, d se puede ver que una falla a tierra no causa un cortocircuito, ya que e. d.s. Ea de la fase A averiada no es desviada por la conexión a tierra que aparece en el punto K. La corriente resultante 1A en el lugar del daño se cierra a través de la capacitancia C de los cables con respecto al suelo y, por lo tanto, como regla general, tiene un valor pequeño, por ejemplo, unas pocas decenas de amperios. Las tensiones lineales con este tipo de daño permanecen sin cambios (ver Capítulo 9).

Debido a esto, en cuanto a sus consecuencias, una falla a tierra monofásica en redes con neutro aislado o conectado a tierra a través de un DGK se diferencia significativamente de un cortocircuito. No afecta el funcionamiento de los consumidores y no altera el funcionamiento sincrónico de los generadores. Sin embargo, este tipo de daño crea un modo anormal que causa sobretensiones, lo cual es peligroso desde el punto de vista de la posibilidad de romper el aislamiento con respecto a tierra de dos fases no dañadas y la transición de una falla a tierra monofásica a una fase. -cortocircuito entre fases. (Figura 1, f).

1-3. MODOS ANORMALES

Los modos anormales incluyen aquellos asociados con desviaciones de los valores permitidos de corriente, voltaje y frecuencia que son peligrosos para el equipo o el funcionamiento estable del sistema eléctrico.

Consideremos los modos anormales más típicos.

a) Sobrecarga del equipo provocada por un aumento de corriente por encima del valor nominal. La corriente nominal es la corriente máxima permitida para un circuito determinado.

minar por tiempo ilimitado.

Si la corriente que pasa a través del equipo excede el valor nominal, debido al calor adicional que genera, la temperatura de las partes vivas y el aislamiento después de un tiempo excede el valor permitido, lo que conduce a un desgaste acelerado del aislamiento y su daño. El tiempo permitido para el paso de corrientes aumentadas depende de su magnitud. La naturaleza de esta dependencia se muestra en la Fig. 1-3 y viene determinado por el diseño del equipo y el tipo de materiales aislantes. para advertir

daños al equipo cuando está sobrecargado, es necesario tomar medidas para descargar o apagar el equipo.

b) Las oscilaciones en los sistemas ocurren cuando los generadores (o plantas de energía) que operan en paralelo A y B están fuera de sincronismo (Fig. 1-2, b). Al oscilar, se produce un cambio periódico ("oscilación") de corriente y voltaje en cada punto del sistema. La corriente en todos los elementos de la red que conectan los generadores A y B que no están sincronizados oscila entre cero y un valor máximo muchas veces superior al valor normal.

ocultar La tensión cae desde lo normal hasta un valor mínimo determinado, que tiene un valor diferente en cada punto de la red. En el punto C, llamado centro de oscilación eléctrica, cae a cero, en otros puntos de la red el voltaje cae, pero permanece por encima de cero, aumentando desde el centro de oscilación C hasta las fuentes de energía A y B. La naturaleza del cambio de oscilación La corriente y el voltaje son similares a un cortocircuito. Un aumento de corriente provoca el calentamiento del equipo y una disminución del voltaje interrumpe el funcionamiento de todos los consumidores del sistema. El balanceo es un modo anormal muy peligroso que afecta el funcionamiento de todo el sistema energético.

c) En los hidrogeneradores suele producirse un aumento de tensión por encima del valor permitido cuando su carga se desconecta repentinamente. El hidrogenerador descargado aumenta la velocidad de rotación, lo que provoca un aumento en e. d.s. estator a valores peligrosos para su aislamiento. La protección en tales casos debe reducir la corriente de excitación del generador o apagarlo.

También puede producirse un aumento de voltaje que es peligroso para el aislamiento del equipo cuando se apagan o encienden líneas eléctricas largas con alta capacitancia en un sentido.

Además de los modos anormales señalados, existen otros, cuya eliminación es posible mediante protección de relé.

1-4. REQUISITOS BÁSICOS PARA LA PROTECCIÓN DEL RELÉ

/. REQUISITOS PARA LA PROTECCIÓN DEL K.3.

a) Selectividad

La selectividad o selectividad de la protección es la capacidad de la protección para apagarse durante un cortocircuito. sólo la sección dañada de la red.

En la figura. 1-4 muestran ejemplos de disparo selectivo por falla. Entonces, con cortocircuito en el punto K 1, la protección debe desconectar la línea dañada con el interruptor B adentro, es decir, el interruptor más cercano al lugar del daño. En este caso, todos los consumidores, excepto los alimentados desde la línea averiada, permanecen en funcionamiento.

En caso de cortocircuito en el punto K2, con una acción selectiva de protección, la línea I dañada debe desconectarse, la línea II permanece en funcionamiento. Durante tal apagado, todos los consumidores de la red conservan energía. Este ejemplo muestra que si una subestación está conectada a la red por varias líneas, se produce una parada selectiva del cortocircuito. en una de las líneas permite mantener la conexión de esta subestación con la red, asegurando así el suministro ininterrumpido de energía a los consumidores.

Por tanto, la desconexión selectiva de averías es la condición principal para garantizar un suministro de energía fiable a los consumidores. La acción no selectiva de protección conduce al desarrollo de accidentes. Como se mostrará a continuación, se pueden permitir cortes no selectivos, pero solo en los casos en que esto sea dictado por la necesidad y no afecte el suministro de energía a los consumidores.

b) Velocidad de acción

Apagar el cortocircuito debe llevarse a cabo lo más rápido posible para limitar el alcance de la destrucción de equipos, aumentar la eficiencia de la reconexión automática de líneas y barras colectoras, reducir la duración de la reducción de voltaje para los consumidores y mantener la estabilidad del funcionamiento paralelo de generadores, centrales eléctricas y el sistema eléctrico en su conjunto. La última de las condiciones enumeradas es la principal.

Tiempo permitido de desconexión por cortocircuito (1-2, b) según la condición de mantener la estabilidad depende de varios factores. El más importante de ellos es la cantidad de voltaje residual en los buses de las centrales eléctricas y las subestaciones centrales que conectan las centrales eléctricas con el sistema eléctrico. Cuanto menor sea el voltaje residual, más probable será la inestabilidad y, por lo tanto, más rápido será necesario apagar el cortocircuito. Los más graves en términos de condiciones de estabilidad son los cortocircuitos trifásicos. y cortocircuitos bifásicos al suelo en línea con una persona sorda

neutro a tierra (Fig. 1-2, a y d), ya que con estos daños se producen las mayores disminuciones en todas las tensiones entre fases.

EN Los sistemas de energía modernos requieren un tiempo de desconexión de cortocircuito muy corto para mantener la estabilidad. Por ejemplo, en líneas eléctricas. En redes de 300-500 kV es necesario desconectar la falla entre 0,1 y 0,12 s después de su aparición, y en redes de 110-220 kV, entre 0,15 y 0,3 s. En redes de distribución de 6 y 10 kV, separadas de las fuentes de energía por alta resistencia, cortocircuito. se pueden apagar en un periodo aproximado de 1,5-3 s, ya que no provocan una caída peligrosa de tensión en los generadores y por tanto no afectan a la estabilidad del sistema. Se realiza una evaluación precisa del tiempo de interrupción permitido mediante cálculos de estabilidad especiales realizados para este fin.

EN como criterio aproximado (medida) de la necesidad de utilizar reglas de protección de alta velocidad para la construcción de instalaciones eléctricas (PUE) [L. 1] recomiendan determinar la tensión residual en los buses de centrales eléctricas y subestaciones centrales durante cortocircuitos trifásicos. en el punto de la red que nos interesa.Si el voltaje residual recibe -

es inferior al 60% del valor nominal, entonces, para mantener la estabilidad, se debe utilizar un apagado rápido daños, es decir, aplicar protección de acción rápida.

El tiempo total de apagado por falla t abierto es la suma del tiempo de operación de la protección

usted t 3 y el tiempo de funcionamiento del interruptor t in, cortando la corriente de cortocircuito, es decir t off =t a + t in. Así, para acelerar el apagado, es necesario acelerar la acción tanto de la protección como del apagado.

tel. Los interruptores más comunes funcionan con un tiempo de 0,15 a 0,06 s. Para garantizar el requisito anterior de desconexión con dichos interruptores,

cortocircuito, por ejemplo, con t = 0,2 s, la protección debe operar con un tiempo de 0,05-0,12 s, y si es necesario apagar con t = 0,12 s y el interruptor opera con un tiempo de operación de protección de 0,08 s no debe exceder los 0,04 s.

Las protecciones que funcionan hasta 0,1-0,2 s se consideran de acción rápida. Las protecciones modernas de alta velocidad pueden funcionar con un tiempo de 0,02 a 0,04 s.

El requisito de velocidad es en algunos casos una condición determinante que garantiza la estabilidad del funcionamiento paralelo de centrales eléctricas y sistemas eléctricos.

Crear protección selectiva de alta velocidad es una tarea importante y difícil en la tecnología de protección de relés. Estas protecciones son bastante complejas y costosas, por lo que deben usarse solo en los casos en que las protecciones de retardo de tiempo más simples no proporcionen la velocidad de acción requerida.

En aras de la simplicidad, se permite utilizar protecciones simples de alta velocidad que no proporcionan la selectividad necesaria. En este caso, para corregir la no selectividad, se utiliza el reenganche automático, que rápidamente vuelve a encender la sección del sistema desconectada de forma no selectiva.

c) Sensibilidad

Nombre: Automatización por microprocesador y protección de relés de sistemas de energía eléctrica, 2da edición.
Editor: ID MPEI
Dyakov A.F., Ovcharenko N.I.
ISBN: 978-5-383-00467-8
Año: 2010
Páginas: 336
Formato: pdf, djvu
Tamaño: 69,2MB
Idioma: ruso

Sobre el libro:
en el libro Automatización por microprocesador y protección de relés de sistemas de energía eléctrica. habla sobre sistemas de energía eléctrica: métodos de operación, principios de operación. Proporciona diagramas estructurales y multifuncionales de dispositivos con microprocesador para automatización de emergencia y protección de relés de los desarrollos rusos más modernos.

Prefacio
Introducción
Capítulo uno. Medición de la conversión de parámetros operativos en señales de información de automatización por microprocesador y protección de relés de sistemas eléctricos.
1.1. Propósito y tipos de conversión de medidas.
1.2. Software de convertidores de medida de parámetros de información de señales de entrada.
1.3. Software de medida de convertidores de potencia activa y reactiva.
1.4. Filtros de software para componentes simétricos.
Preguntas de autoevaluación
Capítulo dos. Sincronizadores automáticos por microprocesador
2.1. Sincronizadores automáticos para generadores síncronos.
2.2. Sincronizador automático por microprocesador tipo AS-M
2.3. Sincronizador automático por microprocesador tipo "Sprint-M"
Preguntas de autoevaluación
Capítulo tres. Reguladores de excitación automática por microprocesador para generadores síncronos.
3.1. Excitación moderna de generadores.
3.2. Diagrama funcional general del control automático de excitación.
3.3. Reguladores automáticos por microprocesador de excitación por tiristores de generadores síncronos.
3.4. Elementos de medición de software de reguladores de microprocesador.
3.5. Características del regulador de excitación automático por microprocesador KOSUR-Ts
3.6. Características del control digital de tiristores excitadores.
3.7. Algoritmo de funcionamiento y diagrama de bloques de reguladores de excitación por microprocesador.
3.8. Controladores de excitación automáticos adaptativos.
Preguntas de autoevaluación
Capítulo cuatro. Control automático por microprocesador de excitación de generadores asíncronos.
4.1. Características de excitación y control de excitación de un generador asíncrono.
4.2. Algoritmo para el funcionamiento del regulador automático.
4.3. Sistema de control automático por microprocesador para excitación y potencia de un generador asíncrono.
Preguntas de autoevaluación
Capítulo cinco. Regulación automática de velocidad de rotación y potencia activa de generadores síncronos.
5.1. Características del control automático de frecuencia y potencia.
5.2. Controladores automáticos de velocidad y potencia activa por microprocesador
5.3. Sistema automático por microprocesador para regular la frecuencia y potencia de turbogeneradores.
Preguntas de autoevaluación
Capítulo seis. Reguladores automáticos de tensión y potencia reactiva para compensadores síncronos y estáticos.
6.l. Características de los modos de funcionamiento de compensadores síncronos y estáticos.
6.2. Excitación de compensadores síncronos modernos.
6.3. Controladores automáticos de potencia reactiva para compensadores síncronos
6.4. Controladores automáticos de potencia reactiva para compensadores estáticos
6.5. Control por microprocesador de la excitación sin escobillas de potentes motores eléctricos síncronos.
Preguntas de autoevaluación
Capítulo siete. Protección y automatización de relés por microprocesador de necesidades auxiliares de centrales eléctricas y redes eléctricas con una tensión de 6-35 kV.
7.1. Tipos de dispositivos con microprocesador
7.2. Elementos de medida del software de acción de relé
7.3. Complejos de microprocesador STC "Mekhanotronika"
7.4. Terminales de microprocesador de JSC RADIUS Avtomatika
7.5. Terminales "IC "BRESLER"
7.6. Características de protección de distancia y reconexión automática de líneas de 35 kV.
7.7. Desconexión automática de frecuencia y reinicio de frecuencia
7.8. Encendido automático acelerado de la reserva.
Preguntas de autoevaluación
Capítulo ocho. Protección y automatización de relés por microprocesador integrado de generadores y transformadores síncronos.
8.1. Tipos y características
8.2. Protección y automatización por microprocesador de generadores y transformadores síncronos.
8.3. Características de la protección integrada del microprocesador.
8.4. Características de la automatización por microprocesador integrada con protección.
8.5. Protección por microprocesador y automatización de transformadores.
8.b. Características de la protección por microprocesador y la automatización de transformadores STC "Mekhanotronika"
8.7. Protección por microprocesador de transformadores "IC "Bresler"
8.8. Protección por microprocesador y automatización de transformadores tipo Sirius.
8.9. Características de la protección y automatización por microprocesador de autotransformadores de alta y ultra alta tensión 000 NPP "EKRA"
Preguntas de autoevaluación
Capítulo Nueve. Protección de relés por microprocesador de líneas eléctricas de alta y extra alta tensión.
9.1. Tipos y características. Terminales unificadas
9.2. Protección de alta frecuencia direccional con filtro de microprocesador
9.3. Protección de alta frecuencia de fase diferencial basada en microprocesador
9.4. Terminales de protección diferencial de fase del microprocesador
9.5. Protección de secuencia cero de líneas eléctricas dirigida por corriente y distancia basada en microprocesador
Preguntas de autoevaluación
Capítulo diez. Automatización de emergencia basada en microprocesador para líneas eléctricas de alta y ultraalta tensión.
10.1. Tipos de automatización por microprocesador.
10.2. Reinicio automático del microprocesador
10.3. Reinicio automático del software monofásico
10.4. Dispositivo microprocesador para el seguimiento de la extinción del arco eléctrico y la activación exitosa de la fase desconectada en un lado
10.5. Acción de reinicio automático monofásico
10.6. Automatización por microprocesador de límites de aumento de tensión.
10.7. Dispositivos automáticos basados ​​en microprocesadores para identificar ubicaciones de fallas en líneas eléctricas
10.8. Registrador automático de transitorios electromagnéticos.
Preguntas de autoevaluación
Capítulo Once. Automatización por microprocesador para prevenir la inestabilidad.
11.1. Características de la implementación por microprocesador de dosificación automática y almacenamiento de acciones de control de emergencia.
11.2. Panel de automatización de control de estabilidad basado en microprocesador
11.3. Complejo de software y hardware de microprocesador para la dosificación y almacenamiento automático de acciones de control de emergencia.
11.4. Dispositivo de control de emergencia basado en microprocesador SMART-PA
11.5. Funcionamiento y desarrollo de automatización por microprocesadores para prevenir la inestabilidad.
Preguntas de autoevaluación
Capítulo doce. Automatización por microprocesador para eliminar el modo asíncrono.
12.1. Finalidad y tipos de dispositivos automáticos.
12.2. Señales eléctricas de modo asíncrono.
12.3. Opciones de automatización por microprocesador para eliminar el modo asíncrono.
12.4. Automatización por microprocesador 000 "ABB Automation"
12.5. Automatización por microprocesador de la Universidad Técnica Estatal del Lejano Oriente
12.6. Automatización por microprocesadores JSC "Instituto "Energosetproekt"
Preguntas de autoevaluación
Capítulo trece. Sistemas de control automatizados para centrales eléctricas y sistemas de energía.
13.1. Propósito y principios de implementación del control automatizado de centrales eléctricas.
13.2. Sistema de control automatizado por microprocesador para centrales hidroeléctricas.
13.3. Sistema de control automatizado por microprocesador para centrales térmicas.
13.4. Implementación técnica de un sistema de control automatizado para la parte eléctrica de centrales térmicas.
13.5. Sistema automático digital para el control de frecuencia y potencia activa del sistema de energía eléctrica.
Preguntas de autoevaluación
Referencias

(Documento)

n1.doc

R E L E Y N A Y

PROTECCIÓN

QUINTA EDICIÓN,

RECICLADO

Aprobado por el Ministerio

Energía y electrificación de la URSS.

Como ayuda didáctica

Para estudiantes de energía

Y escuelas técnicas de construcción energética.
“ENERGÍA” MOSCÚ 1974
6P2.11

UDC 621.316..925 (075)

Chernobrovov N.V.

Capítulo 49 Protección de relé. Libro de texto para escuelas técnicas.

Ed. 5to, revisado y adicional M., "Energía", 1974. 680 p. Con enfermedad.
El libro examina la protección de relés de redes eléctricas, equipos de centrales eléctricas y barras colectoras de distribución. La cuarta edición del libro se publicó en 1971.

El libro está pensado como un libro de texto para estudiantes de facultades de ingeniería energética y puede ser utilizado por estudiantes de universidades de ingeniería eléctrica e ingeniería energética, así como por ingenieros y técnicos involucrados en la operación, instalación y diseño de protección de relés de plantas y redes eléctricas. .
30311-601

051(01)-74

75-74 6P2.11

Editorial "Energía", 1974.

PREFACIO A LA QUINTA EDICIÓN
La protección de relé elimina automáticamente daños y condiciones anormales en la parte eléctrica de los sistemas de energía y es la automatización más importante que garantiza su funcionamiento confiable y estable.

En los sistemas de energía modernos, la importancia de la protección de los relés está aumentando especialmente debido al rápido crecimiento en el poder de los sistemas de energía, su unificación en sistemas únicos conectados eléctricamente dentro de varias regiones, todo el país e incluso varios estados.

Una característica de los sistemas energéticos modernos es el desarrollo de redes de alto y ultra alto voltaje, con la ayuda de las cuales se interconectan los sistemas energéticos y se transfieren grandes flujos de energía eléctrica desde las potentes centrales eléctricas a los grandes centros de consumo.

En la Unión Soviética, sobre la base de redes de 500 kV, se está creando el Sistema Unificado de Energía del país (UES), se están construyendo transmisiones potentes y ampliadas de 500-750 kV y en un futuro próximo se planea crear Transmisiones aún más potentes de corriente alterna de 1150 kV y corriente continua de 1500 kV, las mayores centrales térmicas, hidráulicas y nucleares, la potencia de las unidades de energía está aumentando. En consecuencia, aumenta la potencia de las subestaciones eléctricas, la configuración de las redes eléctricas se vuelve más compleja y aumenta su carga.

Las cargas crecientes, el aumento de la longitud de las líneas eléctricas y los requisitos cada vez más estrictos para la estabilidad de los sistemas eléctricos complican las condiciones de funcionamiento de la protección del relé y aumentan los requisitos para su velocidad, sensibilidad y confiabilidad. En este sentido, existe un proceso continuo de desarrollo y mejora de la tecnología de protección de relés, destinado a crear una protección cada vez más avanzada que cumpla con los requisitos de la energía moderna.

Se están creando y poniendo en funcionamiento nuevas protecciones para la transmisión de energía de voltaje ultra alto a larga distancia, para grandes generadores, transformadores y unidades de energía. Se están desarrollando protecciones a distancia con características complejas que permiten obtener una solución óptima a un problema muy complejo: una desafinación confiable de la protección contra cargas y oscilaciones manteniendo una sensibilidad suficiente durante los cortocircuitos. Se están buscando formas de mejorar el bloqueo contra oscilaciones y daños en los circuitos de tensión. Se están mejorando los métodos para reservar fallos de protecciones e interruptores. La tendencia a abandonar los relés electromecánicos y pasar a sistemas estáticos sin contacto es cada vez más evidente.

En este sentido, se utiliza mucho en dispositivos de protección de relés para dispositivos semiconductores (diodos, transistores, tiristores). Se están desarrollando diseños de relés basados ​​en elementos magnéticos. Se están realizando intentos para utilizar relés de contacto que sean más fiables que los diseños electromecánicos convencionales. Dichos relés incluyen contactos sellados controlados magnéticamente (interruptores de láminas), que son relés sin anclaje (utilizados en tecnología informática). Se caracterizan por su alta velocidad, fiabilidad y tamaño pequeño. Se está considerando la posibilidad de utilizar una computadora digital para realizar funciones de protección de relés.

Cada vez es más necesario utilizar una computadora digital para calcular los ajustes de protección, ya que dichos cálculos en los sistemas eléctricos modernos requieren mucho trabajo y mucho tiempo.

En relación con el aumento de las corrientes de cortocircuito causado por el aumento de la capacidad de generación de los sistemas eléctricos, se vuelven relevantes las cuestiones de la precisión de la transformación de las corrientes primarias que alimentan los elementos de medición de la protección de los relés. Para resolver este problema, se están realizando estudios sobre el comportamiento de los transformadores de corriente, se están estudiando las posibilidades de aumentar su precisión, se están desarrollando métodos prácticos para calcular los errores de los transformadores de corriente y se están desarrollando métodos nuevos y más precisos para transformar las corrientes primarias. siendo buscado.

En preparación para la reedición del libro, el autor buscó reflejar los nuevos desarrollos de la tecnología doméstica en las áreas de desarrollo enumeradas anteriormente. El libro incluye nuevas protecciones y soluciones técnicas que ya han encontrado aplicación en la práctica o tienen una perspectiva real de aplicación. Teniendo esto en cuenta, se han realizado modificaciones y adiciones al capítulo tercero, dedicado a los transformadores de corriente, al capítulo quince, que establece los principios de protección de los generadores, y al capítulo diecisiete, relativo a la protección de unidades. Se han realizado cambios y aclaraciones en los capítulos restantes, principalmente destinados a mejorar la presentación.

El autor expresa su agradecimiento a la crítica del libro T. N. Dorodnova por una serie de útiles comentarios. El autor solicita que todos los deseos y comentarios se envíen a la dirección: 113114, Moscú, terraplén Shlyuzovaya, 10, Editorial "Energia".

1. 
   PROPÓSITO DE LA PROTECCIÓN DEL RELÉ

En los sistemas de energía pueden ocurrir daños y condiciones anormales de funcionamiento de los equipos eléctricos de las centrales y subestaciones de energía, sus aparamentas, líneas eléctricas e instalaciones eléctricas de los consumidores de energía eléctrica.

En la mayoría de los casos, los daños van acompañados de un aumento significativo de la corriente y una profunda disminución del voltaje en los elementos del sistema eléctrico.

El aumento de corriente genera una gran cantidad de calor, lo que provoca destrucción en el lugar de la falla y un calentamiento peligroso de las líneas y equipos no dañados a través de los cuales pasa esta corriente.

Una disminución del voltaje altera el funcionamiento normal de los consumidores de electricidad y la estabilidad del funcionamiento paralelo de los generadores y del sistema eléctrico en su conjunto.

Las condiciones anormales suelen provocar desviaciones de los valores de tensión, corriente y frecuencia de los valores permitidos. Cuando la frecuencia y el voltaje disminuyen, existe el riesgo de alterar el funcionamiento normal de los consumidores y la estabilidad del sistema eléctrico, mientras que un aumento de voltaje y corriente amenaza con dañar los equipos y las líneas eléctricas.

De este modo, el daño interrumpe el funcionamiento del sistema de energía y de los consumidores de electricidad, y las condiciones anormales crean la posibilidad de daño o interrupción del sistema de energía.

Para garantizar el funcionamiento normal del sistema de energía y de los consumidores de electricidad, es necesario identificar y separar el lugar del daño de la red intacta lo más rápido posible, restableciendo así las condiciones normales de funcionamiento y deteniendo la destrucción en el lugar del daño.

Las peligrosas consecuencias de los modos anormales también se pueden prevenir si se detecta oportunamente una desviación del modo normal y se toman medidas para eliminarla (por ejemplo, reducir la corriente cuando aumenta, reducir el voltaje cuando aumenta, etc. ).

En este sentido, existe la necesidad de crear y utilizar dispositivos automáticos que realicen estas operaciones y protejan el sistema y sus elementos de las peligrosas consecuencias de daños y condiciones anormales.

Inicialmente, se utilizaban fusibles como protección. Sin embargo, a medida que la potencia y el voltaje de las instalaciones eléctricas crecieron y sus circuitos de conmutación se volvieron más complejos, este método de protección se volvió insuficiente, por lo que se crearon dispositivos de protección utilizando máquinas automáticas especiales: relés, llamados protección de relés.

La protección por relé es el principal tipo de automatización eléctrica, sin la cual es imposible el funcionamiento normal y fiable de los sistemas energéticos modernos. Supervisa continuamente el estado y el modo de funcionamiento de todos los elementos del sistema de energía y responde ante la aparición de daños y condiciones anormales.

Cuando ocurre un daño, la protección identifica y desconecta el área dañada del sistema actuando sobre interruptores de energía especiales diseñados para interrumpir las corrientes de falla.

Cuando ocurren condiciones anormales, la protección las identifica y, dependiendo de la naturaleza de la violación, realiza las operaciones necesarias para restablecer las condiciones normales o envía una señal al personal de servicio.

En los sistemas eléctricos modernos, la protección del relé está estrechamente relacionada con la automatización eléctrica, diseñada para restaurar rápidamente y automáticamente el funcionamiento normal y suministrar energía a los consumidores.

Los principales dispositivos de dicha automatización incluyen: reconectadores automáticos (AR), interruptores automáticos para suministros y equipos de energía de respaldo (AVR) y deslastre automático de frecuencia (AFS).

Consideremos con más detalle los principales tipos de daños y condiciones anormales que ocurren en las instalaciones eléctricas y sus consecuencias.
1-2. DAÑOS EN INSTALACIONES ELÉCTRICAS

La mayoría de las fallas en los sistemas eléctricos resultan en cortocircuitos entre fases o a tierra (Figura 1-1). En los devanados de máquinas eléctricas y transformadores, además de los cortocircuitos, se producen cortocircuitos entre las espiras de una fase.

Las principales causas de daño son:

1) violación del aislamiento de las partes bajo tensión causada por su envejecimiento, estado insatisfactorio, sobretensión, daño mecánico;

2) daños a cables y soportes de líneas eléctricas causados ​​por su estado insatisfactorio, hielo, vientos huracanados, cables danzantes y otras razones;

3) errores del personal durante las operaciones (apagar los seccionadores bajo carga, encenderlos en una conexión a tierra abandonada por error, etc.).

Todo daño es consecuencia de defectos de diseño o imperfecciones del equipo, mala calidad de su fabricación, defectos de instalación, errores de diseño, cuidado insatisfactorio o inadecuado del equipo, modos de funcionamiento anormales del equipo, funcionamiento del equipo en las condiciones para las que fue no fue diseñado. Por tanto, el daño no puede considerarse inevitable, pero al mismo tiempo no se puede ignorar la posibilidad de que ocurra.
Cortocircuitos(k.z.) son el tipo de daño más peligroso y grave. Con cortocircuito mi. d.s. mi la fuente de energía (generador) sufre un cortocircuito debido a la resistencia relativamente baja de generadores, transformadores y líneas (ver Fig. 1-1, a - GRAMO Y mi).

Por tanto, en un circuito en cortocircuito. d.s. se produce una gran corriente I A, llamada corriente de cortocircuito.

Los cortocircuitos se dividen en trifásicos, bifásicos y monofásicos según el número de fases cerradas; para cortocircuitos con y sin tierra; cortocircuitos en uno o dos puntos de la red (Fig. 1-1).

Con cortocircuito Debido a un aumento de corriente, aumenta la caída de voltaje en los elementos del sistema, lo que conduce a una disminución del voltaje en todos los puntos de la red, ya que el voltaje en cualquier punto M (Fig. 1-2, a) U M - E-I k z m , donde mi - mi. d.s. fuente de energía, y z M es la resistencia de la fuente de energía al punto M.

La mayor reducción de voltaje se produce en el cortocircuito. (punto K) y en las inmediaciones del mismo (Fig. 1-2, a). En los puntos de la red alejados del lugar de la falla, la tensión disminuye en menor medida.

Ocurriendo como resultado de un cortocircuito. Un aumento de corriente y una disminución del voltaje tienen una serie de consecuencias peligrosas:

A) Corriente de cortocircuito I k, según la ley de Joule-Lenz, libera calor Q = kI k 2 rt en la resistencia activa r del circuito por el que pasa durante el tiempo t.

En el lugar del daño, este calor y la llama del arco eléctrico producen una gran destrucción, cuyo tamaño es mayor cuanto mayor es la corriente Ik y el tiempo t.

Pasando a través de equipos y líneas eléctricas en buen estado, corriente de cortocircuito. Los calienta por encima del límite permitido, lo que puede causar daños al aislamiento y a las piezas vivas.

B) Reducción de tensión durante cortocircuito. altera el trabajo de los consumidores.

El principal consumidor de electricidad son los motores eléctricos asíncronos. El par de rotación de los motores MD es proporcional al cuadrado de la tensión U en sus terminales: M d = kU 2.

Por lo tanto, con una fuerte disminución de voltaje, el par de rotación de los motores eléctricos puede ser menor que el momento de resistencia de los mecanismos, lo que conduce a su parada.

El funcionamiento normal de las instalaciones de iluminación, que constituyen la segunda parte importante de los consumidores de electricidad, también se ve alterado cuando disminuye la tensión.

Las máquinas informáticas y de control, que se han introducido ampliamente en los últimos tiempos, son especialmente sensibles a las caídas de tensión.

C) La segunda consecuencia, la más grave, de una disminución de voltaje es una violación de la estabilidad del funcionamiento en paralelo de los generadores. Esto puede provocar el colapso del sistema y la pérdida de energía para todos sus consumidores.

Las razones de esta decadencia se pueden explicar usando el ejemplo del sistema mostrado en la Fig. 1-2, b. En modo normal, el par mecánico de las turbinas se equilibra con el par de contrapeso creado por la carga eléctrica de los generadores, como resultado de lo cual la velocidad de rotación de todos los turbogeneradores es constante e igual a síncrona. Si ocurre un cortocircuito en el punto K cerca de los autobuses de la central eléctrica A el voltaje a través de ellos será cero, como resultado de lo cual la carga eléctrica y, por lo tanto, el par de contrapeso de los generadores también será cero. Al mismo tiempo, entra la misma cantidad de vapor (o agua) a la turbina y su par permanece sin cambios. Como resultado, la velocidad de rotación del turbogenerador comenzará a aumentar rápidamente, ya que el regulador de velocidad de la turbina actúa lentamente y no podrá impedir la aceleración de rotación de los turbogeneradores de la estación. A.

Los generadores de la estación se encuentran en diferentes condiciones. EN. Están lejos del punto K, por lo que el voltaje en sus autobuses puede estar cerca de lo normal. Debido al hecho de que los generadores de las centrales eléctricas A descargado, toda la carga del sistema recaerá sobre los generadores de la estación B, lo que puede sobrecargar y reducir la velocidad de rotación. Por tanto, como resultado de un cortocircuito. Velocidad de rotación de los generadores de centrales eléctricas. A Y EN se vuelve diferente, lo que conduce a la interrupción de su funcionamiento sincrónico.

Con un largo cortocircuito. También puede verse alterada la estabilidad del funcionamiento de los motores eléctricos asíncronos. Cuando cae el voltaje, la velocidad de rotación de los motores eléctricos asíncronos disminuye.

Si el deslizamiento supera un valor crítico, el motor entrará en una zona de funcionamiento inestable, volcará y frenará por completo.

Al aumentar el deslizamiento, aumenta la potencia reactiva consumida por los motores asíncronos, lo que puede provocar un cortocircuito tras la desconexión. a una escasez de potencia reactiva y, como consecuencia, a una disminución de tensión similar a una avalancha en todo el sistema y al cese de su funcionamiento.

Los accidentes con violación de la estabilidad del sistema son los más graves en cuanto a la magnitud del daño causado al suministro de energía.

Consecuencias consideradas del cortocircuito. confirman la conclusión anterior de que son un tipo de daño grave y peligroso que requiere una parada rápida (ver § 1-4).

Falta a tierra de una fase en una red con neutro aislado o una bobina de extinción de arco (AEC) conectada a tierra mediante una alta resistencia. En la figura. 1-1, d se puede ver que una falla a tierra no causa un cortocircuito, ya que e. d.s. Ea de la fase A averiada no es desviada por la conexión a tierra que aparece en el punto K. La corriente resultante de 1 A en el lugar del daño se cierra a través de la capacitancia C de los cables con respecto a tierra y, por lo tanto, como regla general, tiene un valor pequeño, por ejemplo, unas pocas decenas de amperios. Las tensiones lineales con este tipo de daño permanecen sin cambios (ver Capítulo 9).

Debido a esto, en cuanto a sus consecuencias, una falla a tierra monofásica en redes con neutro aislado o conectado a tierra a través de un DGK se diferencia significativamente de un cortocircuito. No afecta el funcionamiento de los consumidores y no altera el funcionamiento sincrónico de los generadores. Sin embargo, este tipo de daño crea un modo anormal que causa sobretensiones, lo cual es peligroso desde el punto de vista de la posibilidad de romper el aislamiento con respecto a tierra de dos fases no dañadas y la transición de una falla a tierra monofásica a una fase. -cortocircuito entre fases. (Figura 1, f).
1-3. MODOS ANORMALES
Los modos anormales incluyen aquellos asociados con desviaciones de los valores permitidos de corriente, voltaje y frecuencia que son peligrosos para el equipo o el funcionamiento estable del sistema eléctrico.

Consideremos los modos anormales más típicos.

A) Sobrecarga del equipo provocada por un aumento de corriente por encima del valor nominal. La corriente nominal es la corriente máxima permitida para este equipo por tiempo ilimitado.

Si la corriente que pasa a través del equipo excede el valor nominal, debido al calor adicional que genera, la temperatura de las partes vivas y el aislamiento después de un tiempo excede el valor permitido, lo que conduce a un desgaste acelerado del aislamiento y su daño. El tiempo permitido para el paso de corrientes aumentadas depende

de su tamaño. La naturaleza de esta dependencia se muestra en la Fig. 1-3 y viene determinado por el diseño del equipo y el tipo de materiales aislantes. Para evitar daños al equipo cuando está sobrecargado, se deben tomar medidas para descargar o apagar el equipo.

B) Las oscilaciones en los sistemas ocurren cuando los generadores (o plantas de energía) que funcionan en paralelo no están sincronizados. A Y EN(Figura 1-2, b). Al oscilar, se produce un cambio periódico ("oscilación") de corriente y voltaje en cada punto del sistema. Corriente en todos los elementos de la red que conectan generadores fuera de sincronización. A Y EN, fluctúa desde cero hasta un valor máximo muchas veces superior al valor normal. La tensión cae desde lo normal hasta un valor mínimo determinado, que tiene un valor diferente en cada punto de la red. en el punto CON, llamado centro de oscilación eléctrica, cae a cero, en otros puntos de la red el voltaje cae, pero permanece por encima de cero, aumentando desde el centro de oscilación CON a fuentes de alimentación A Y EN. En cuanto a la naturaleza del cambio de corriente y voltaje, la oscilación es similar a un cortocircuito. Un aumento de corriente provoca el calentamiento del equipo y una disminución del voltaje interrumpe el funcionamiento de todos los consumidores del sistema. El balanceo es un modo anormal muy peligroso que afecta el funcionamiento de todo el sistema energético.

C) En los hidrogeneradores suele producirse un aumento de tensión por encima del valor permitido cuando su carga se apaga repentinamente. El hidrogenerador descargado aumenta la velocidad de rotación, lo que provoca un aumento en e. d.s. estator a valores peligrosos para su aislamiento. La protección en tales casos debe reducir la corriente de excitación del generador o apagarlo.

También puede producirse un aumento de voltaje, que es peligroso para el aislamiento del equipo, cuando se apagan o encienden líneas eléctricas largas con alta capacitancia en un sentido.

Además de los modos anormales señalados, existen otros, cuya eliminación es posible mediante protección de relé.
1-4. REQUISITOS BÁSICOS PARA LA PROTECCIÓN DEL RELÉ
/. REQUISITOS PARA LA PROTECCIÓN DEL K.3.
a) Selectividad

La selectividad o selectividad de la protección es la capacidad de la protección para apagarse durante un cortocircuito. sólo la sección dañada de la red.

En la figura. 1-4 muestran ejemplos de disparo selectivo por falla. Entonces, con cortocircuito en el punto A 1 la protección debe desconectar la línea dañada con un interruptor EN V , es decir, el interruptor más cercano a la ubicación del daño. En este caso, todos los consumidores, excepto los alimentados desde la línea averiada, permanecen en funcionamiento.

En caso de cortocircuito en el punto K 2, con acción selectiva de protección, se debe desconectar la línea dañada I, línea II permanece en el trabajo. Durante tal apagado, todos los consumidores de la red conservan energía. Este ejemplo muestra que si una subestación está conectada a la red por varias líneas, se produce una parada selectiva del cortocircuito. en una de las líneas permite mantener la conexión de esta subestación con la red, asegurando así el suministro ininterrumpido de energía a los consumidores.

Por tanto, la desconexión selectiva de averías es la condición principal para garantizar un suministro de energía fiable a los consumidores. La acción no selectiva de protección conduce al desarrollo de accidentes. Como se mostrará a continuación, se pueden permitir cortes no selectivos, pero solo en los casos en que esto sea dictado por la necesidad y no afecte el suministro de energía a los consumidores.
b) Velocidad de acción

Apagar el cortocircuito debe llevarse a cabo lo más rápido posible para limitar el alcance de la destrucción de equipos, aumentar la eficiencia de la reconexión automática de líneas y barras colectoras, reducir la duración de la reducción de voltaje para los consumidores y mantener la estabilidad del funcionamiento paralelo de generadores, centrales eléctricas y el sistema eléctrico en su conjunto. La última de las condiciones enumeradas es la principal.

Tiempo permitido de desconexión por cortocircuito (1-2, b) Según la condición de mantenimiento de la estabilidad depende de una serie de factores. El más importante de ellos es la cantidad de voltaje residual en los buses de las centrales eléctricas y las subestaciones centrales que conectan las centrales eléctricas con el sistema eléctrico. Cuanto menor sea el voltaje residual, más probable será la inestabilidad y, por lo tanto, más rápido será necesario apagar el cortocircuito. Los más graves en términos de condiciones de estabilidad son los cortocircuitos trifásicos. y cortocircuitos bifásicos al suelo en una red con neutro sólidamente puesto a tierra (Fig. 1-2, a y d), ya que con estos daños se producen las mayores disminuciones en todas las tensiones entre fases.

En los sistemas eléctricos modernos, para mantener la estabilidad, se requiere un tiempo de desconexión por cortocircuito muy corto. Así, por ejemplo, en líneas eléctricas de 300-500 kV es necesario desconectar la falla entre 0,1 y 0,12 s después de su aparición, y en redes de 110-220 kV, entre 0,15 y 0,3 s. En redes de distribución de 6 y 10 kV, separadas de las fuentes de energía por alta resistencia, cortocircuito. se pueden apagar en un periodo aproximado de 1,5-3 s, ya que no provocan una caída peligrosa de tensión en los generadores y por tanto no afectan a la estabilidad del sistema. Se realiza una evaluación precisa del tiempo de interrupción permitido mediante cálculos de estabilidad especiales realizados para este fin.

Como criterio (medida) aproximado de la necesidad de utilizar protección de alta velocidad, las Reglas de instalación eléctrica (PUE) [L. 1] recomiendan determinar la tensión residual en los buses de centrales eléctricas y subestaciones centrales durante cortocircuitos trifásicos. en el punto de la red que nos interesa. Si el voltaje residual es inferior al 60% del voltaje nominal, entonces se debe utilizar un apagado rápido para mantener la estabilidad. daños, es decir, aplicar protección de acción rápida.

Tiempo total de parada por daños t abierto consiste en el tiempo de funcionamiento de la protección t 3 y tiempo de funcionamiento del interruptor t V , romper la corriente de cortocircuito, es decir t apagado = t a + t V. Así, para acelerar el apagado, es necesario acelerar la acción tanto de la protección como de los disyuntores. Los interruptores más comunes funcionan con un tiempo de 0,15 a 0,06 s.

Para garantizar con tales interruptores el requisito anterior de desconectar el cortocircuito, por ejemplo, con t =0,2 s, la protección debe funcionar con un tiempo de 0,05-0,12 s, y si es necesario, apagar con t = 0,12 s y acción de conmutación a partir de 0,08 s, el tiempo de funcionamiento de la protección no debe exceder los 0,04 s.

Las protecciones que funcionan hasta 0,1-0,2 s se consideran de acción rápida. Las protecciones modernas de alta velocidad pueden funcionar con un tiempo de 0,02 a 0,04 s.

El requisito de velocidad es en algunos casos una condición determinante que garantiza la estabilidad del funcionamiento paralelo de centrales eléctricas y sistemas eléctricos.

Crear protección selectiva de alta velocidad es una tarea importante y difícil en la tecnología de protección de relés. Estas protecciones son bastante complejas y costosas, por lo que deben usarse solo en los casos en que las protecciones de retardo de tiempo más simples no proporcionen la velocidad de acción requerida.

En aras de la simplicidad, se permite utilizar protecciones simples de alta velocidad que no proporcionan la selectividad necesaria. En este caso, para corregir la no selectividad, se utiliza el reenganche automático, que rápidamente vuelve a encender la sección del sistema desconectada de forma no selectiva.
c) Sensibilidad
Para que la protección responda a las desviaciones del modo normal que ocurren durante un cortocircuito. (aumento de corriente, disminución de voltaje, etc.), debe tener una cierta sensibilidad dentro de la zona establecida de su acción. Cada protección (por ejemplo, I en la figura. 1-5) debería desactivar el daño en esa área AB, para cuya protección está instalado (la primera sección de protección I), y, además, debe actuar en caso de cortocircuito. en la siguiente, segunda sección sol, protegido por protección II. La acción de protección en la segunda sección se llama redundancia de largo alcance. Es necesario desconectar el cortocircuito. en caso de que la protección II o disyuntor Sol no funcionará debido a un mal funcionamiento. Reservar el próximo sitio es un requisito importante. Si no se cumple, entonces con un cortocircuito. en el sitio Sol y falla de su protección o interruptor, el daño permanecerá no desconectado, lo que conducirá a la interrupción del funcionamiento de los consumidores en toda la red.

Acción de protección I en cortocircuito en el tercer tramo no se requiere, ya que si falla la protección del tercer tramo o su interruptor, la protección debe operar II. Una falla simultánea de protección en dos secciones (tercera y segunda) es poco probable y, por lo tanto, tal caso no se tiene en cuenta.

Algunos tipos de protección, por el principio de su acción, no funcionan más allá del primer apartado. La sensibilidad de dichas protecciones debería garantizar su funcionamiento fiable dentro de la primera sección. Para garantizar la redundancia de la segunda sección, en este caso se instala una protección adicional, llamada copia de seguridad.

Cada protección debe funcionar no solo con un cortocircuito metálico, sino también con un cortocircuito a través de una resistencia de transición provocada por un arco eléctrico.

La sensibilidad de la protección debe ser tal que pueda actuar en caso de cortocircuito. en modos mínimos del sistema, es decir, en aquellos modos en los que el cambio en el valor al que responde la protección (corriente, voltaje, etc.) será mínimo. Por ejemplo, si en la estación A (Fig. 1-5) uno o más generadores están apagados, entonces la corriente de cortocircuito. disminuirá, pero la sensibilidad de la protección debería ser suficiente para operar en este modo mínimo.

Por tanto, la sensibilidad de la protección debe ser tal que funcione durante un cortocircuito. al final de la zona establecida para ello en el modo mínimo del sistema y durante cortocircuitos a través de arco eléctrico.

La sensibilidad de la protección suele caracterizarse por el coeficiente de sensibilidad. A h : Para protecciones que responden a corriente de cortocircuito,

d) Fiabilidad

El requisito de confiabilidad es que la protección debeFunciona de forma fiable durante un cortocircuito. dentro de los límites establecidos para ellozonas y no deben funcionar incorrectamente en modos en los quesu trabajo no está previsto.

El requisito de confiabilidad es muy importante. La falla en el funcionamiento o el funcionamiento incorrecto de cualquier protección siempre conduce a apagados adicionales y, a veces, a accidentes a nivel del sistema.

Por ejemplo, con cortocircuito. en el punto A(Fig. 1-6) y falla de protección B1 la protección funcionará VZ, como resultado de qué subestaciones // y /// se apagan adicionalmente, y en caso de funcionamiento incorrecto en modo de protección normal B4 como resultado de la desconexión de la línea L4 consumidores de subestaciones /, //, /// y IV. Por tanto, una protección poco fiable se convierte en sí misma en una fuente de accidentes.

La confiabilidad de la protección está garantizada por la simplicidad del circuito, la reducción en el número de relés y contactos en él, la simplicidad del diseño y la calidad de fabricación de los relés y otros equipos, la calidad de los materiales de instalación, la instalación misma. y conexiones de contacto, así como su cuidado durante el funcionamiento.

Recientemente, se han desarrollado métodos para evaluar y analizar la confiabilidad de los dispositivos de protección de relés utilizando la teoría de la probabilidad [L. 33],

En la URSS, los principios generales de protección de relés están regulados por el PUE [L. 1, esquemas típicos de protección de relés y su cálculo - “Directrices para la protección de relés” [L. 2-61.

II. REQUISITOS PARA LA PROTECCIÓN CONTRA LOS ALPES ANORMALESincógnitaMODOS

Estas protecciones, además de la protección contra cortocircuitos, deben tener selectividad, suficiente sensibilidad y fiabilidad. Pero, por regla general, no se requiere rapidez en la acción de estas protecciones.

La duración de la protección contra condiciones anormales depende de la naturaleza del modo y sus consecuencias. A menudo, las condiciones anormales son de corta duración y se eliminan por sí solas, por ejemplo, una sobrecarga breve al arrancar un motor eléctrico asíncrono. En tales casos, un cierre rápido no sólo es innecesario, sino que puede causar daño a los consumidores. Por lo tanto, el apagado del equipo en modo anormal debe realizarse solo cuando exista un peligro real para el equipo protegido, es decir, en la mayoría de los casos con un retraso de tiempo.

En los casos en que la eliminación de condiciones anormales pueda ser realizada por el personal de servicio, la protección contra condiciones anormales podrá realizarse con efecto únicamente en la señal.

1-5. ELEMENTOS DE PROTECCIÓN, RELÉS Y SUS VARIEDADES

Normalmente, los dispositivos de protección de relés constan de varios relés conectados entre sí según un circuito específico.

Un relé es un dispositivo automático que entra en acción (se activa) a un cierto valor del valor de entrada que actúa sobre él.

En la tecnología de relés se utilizan relés con contactos (electromecánicos, sin contacto) sobre semiconductores o sobre elementos ferromagnéticos. Los primeros, cuando se activan, los contactos se cierran o se abren. Para el segundo, a un cierto valor de la cantidad de entrada. incógnita el valor de salida cambia abruptamente y, por ejemplo voltaje (Fig. 1-7, A).

Cada conjunto de protección y su circuito se dividen en dos partes: reactiva y lógica.

La parte de reacción (o medición) es la principal, consta de relés principales que reciben continuamente información sobre el estado del elemento protegido y reaccionan ante daños o condiciones anormales enviando los comandos apropiados a la parte lógica de la protección.

La parte lógica (u operativa) es auxiliar; percibe los comandos de la parte reactiva y, si su valor, secuencia y combinación corresponden al programa dado, realiza operaciones preprogramadas y suministra un pulso de control para apagar los disyuntores. La parte lógica se puede implementar mediante relés electromecánicos o circuitos que utilizan dispositivos electrónicos: tubos o semiconductores.

De acuerdo con esta división de dispositivos de protección, los relés también se dividen en dos grupos: los principales, que responden ante averías, y los auxiliares, que actúan por orden de los primeros y se utilizan en la parte lógica del circuito.

Un signo de la aparición de un cortocircuito. puede servir como un aumento en la corriente I, caída de voltaje Ud. y una disminución de la resistencia del área protegida, caracterizada por la relación entre tensión y corriente en un punto determinado de la red: z= Ud./ I.

En consecuencia, se utilizan como relés de respuesta: relés de corriente que responden al valor actual; relés de voltaje, que responden a niveles de voltaje, y relés de resistencia, que responden a cambios en la resistencia.

En combinación con los relés indicados, se suelen utilizar relés de potencia que responden a la magnitud y dirección (signo) de la potencia de cortocircuito que pasa por el lugar de instalación de la protección.

Los relés que funcionan cuando aumenta el valor al que reaccionan se denominan máximos, y los relés que funcionan cuando este valor disminuye se denominan mínimos.

Para protección contra condiciones anormales, así como para protección contra cortocircuitos, se utilizan relés de corriente y voltaje. Los primeros sirven como relés que responden a la sobrecarga, y los segundos, a un aumento o disminución peligrosa del voltaje en la red. Además, se utilizan varios relés especiales, por ejemplo, relés de frecuencia que funcionan en caso de una disminución o aumento inaceptable de la frecuencia; relés térmicos que responden a un aumento del calor generado por la corriente durante sobrecargas, y algunos otros.

Los relés auxiliares incluyen: relés temporales, que sirven para ralentizar la protección; relés indicadores: para señalar y registrar la acción de protección; Relés intermedios, que transmiten la acción de los relés principales a los disyuntores abiertos y sirven para la comunicación mutua entre los elementos de protección.

Cada relé se puede dividir en dos partes: detección y ejecución. El elemento sensor en estructuras electromecánicas tiene un devanado que se alimenta de la corriente o tensión del elemento protegido, dependiendo del tipo de relé (corriente o tensión).

Los relés de potencia y los relés de resistencia tienen dos devanados (corriente y voltaje). A través de los devanados del relé percibe un cambio en la cantidad eléctrica a la que reacciona.

El elemento actuador de un relé electromecánico es un sistema móvil que, moviéndose bajo la influencia de las fuerzas creadas por el elemento sensor, actúa sobre los contactos del relé, provocando su cierre o apertura.

También existen relés en los que el sistema de movimiento actúa directamente mecánicamente para abrir el interruptor; dichos relés no tienen contactos.