! Védelmek és automatikák ! 5. eloadás. Differenciál-elvű védelmek. 1. rész.
2002-2003 év,
I. félév
" Előadó:
Póka Gyula BME-VMT
PÓKA GYULA
1
Differenciál-elvű védelmek.
BME-VMT
PÓKA GYULA
2
Differenciál-elvű védelmek . (Differential Protection, Differencialschutz)
Lényege: a védett elem két (vagy több) végpontján uralkodó villamos mennyiségek összehasonlítása útján dönt ! belso ! vagy külso ! Három alapvető tulajdonság: 1.) minden belső zárlatra pillanatműködésű (t = 0): mert határai egzaktak 2.) külső zárlatra érzéketlen: nem ad rá tartalékvédelmet 3.) a védett elem két (több) végpontja között információs összeköttetést (csatornát) igényel Mennyiségek, melyeket összehasonlít: Két alapvető csoport a.) áramok összegezése b.) áramirány-összehasonlítás differenciál szakaszc.) teljesítményirány-összehasonlítás védelem: védelem: d.) távolsági védelmi mérésösszevégpontok hasonlítás (lásd később a védelmi azonos különböző állomásban vannak parancs-átvitelnél) BME-VMT
PÓKA GYULA
3
Differenciál-elvű védelmek csatornái. Differenciálvédelemnél:
Szakaszvédelemnél:
végpontok saját állomáson belül: maga az állomási szekunderezés (újabban néha fénykábel)
(Longitudinal Differential Protection, Pilot Wire Protection, Phase Comparison Protection, Streckenschutz)
végpontok különböző állomáson: Differenciálvédelem alapkapcsolása: α.) kábel (erosáramú, postai) belső zárlat külső zárlat X β.) vivofrekvenciás csatorna γ.) mikrohullámú összeköttetés X δ.) fénykábel (pl. védovezetoben) XX HULLÁMZÁR X MSZ Belső:I>=Iz MSZ Külső:I>=0 XX X CSATORNA Klasszikus differenciálvédelem, XX NF GÉP NF GÉP belső és külső zárlat. X Védett CSATOLÓobjektum X KONDENZÁTOR X Kirchhoff I.törvénye: X áramirány-összeVivőfrekvenciás összeköttetés XX hasonlítás elve. PÓKA GYULA 4 BME-VMT X .
x
.
Stabilizálás, fékezés. PROBLÉMA: Kirchhoff I. törvénye csak akkor igaz, ha az áramváltók pontosan képezik le a primer áramot a szekunder oldalra, nagyságra, alakra és szögre egyaránt.
Módszerei:
1.) Nagy árambeállítás ΣIbeállítás = nagy érték. Fékezés megvalósítása fázisáramokkal (az F-tekercsekkel): 2.) Áramirány-stabilizálás. Pl.:ΣI+IA.IB.cos α ≥ 1 (α α: szög IA és IB között, pozitív irányok befelé) 3.) Fékezéses stabilizálás. Pl.: ΣI− β.(IA+IB+ +IC+ …) ≥ 1 , vagy ΣI− β.IA − IB ≥ 1 (részletesen most következik). 4.) Nagyimpedanciájú differenciálvédelem (részletesen késobb). PÓKA GYULA 5 BME-VMT
O V LD
ZÁ RL AT IO
R ET ES ZE L
K
LD
IO
BE LS Ő
Ihiba
ALAP
IT
IZ
I’pr
Idealizált áramváltókarakterisztika. BME-VMT
. Ikioldó . ΣI, ∆I . . . Törés. pontok .I . . IT . K
. Iszek . . . . . . . . .
N NA K EM LA A L RA IN K EÁ TE R R ET RI IS ES SZ TI ZE K L A K Ü TE L RÜ SŐ LE ZÁ TE R L AT
Lineáris és nemlineáris fékezés.
Külső zárlat, egyező áramváltó-áttétel
2xIT
Lineáris karakterisztika IHATÁR
Ifékező
IA+IB+…
Külső zárlat, nem egyező áramváltó-áttétel
Fékezéssel stabilizált karakterisztika. PÓKA GYULA
6
A nemlineáris fékezés viszonyai és feltételei.
. . . . BME-VMT
PÓKA GYULA
7
Id 100 % Itrn
A DTD2-EP / DTD3-EP differenciálvédelem kioldási karakterisztikái.
400
300
f3=200% MEGSZÓLAL
f3=500%
200 f2=50% f2=20% 100 f1=50% RETESZEL 50 20 Is % f1=20% 100
200
300
DTD2-EP típusnál:
DTD3-EP típusnál:
BME-VMT
f3=1000%
400 500 600 I1 I2 + Itrn1 Itrn2 Is = 100 % 2 I1 I2 I3 + + Itrn1 Itrn2 Itrn3 Is = 100 % 3
PÓKA GYULA
8
Nagyimpedanciájú differenciálvédelem. Beállítási egyenletek:
védett objektum Diff.relé ΣI
A
B
C
D
Többvégpontú (többlábú) differenciálvédelem Külső zárlat a D leágazáson.
IA’
IB’
ΣI=Ih IC’
ZR
Diff.relé ΣI
RS
Ig
Zg ID’
BME-VMT
UM = I 'Z max .α α.(RV + RS) Ubeállítás ≈ 2xUM Ufesz.függő ell. ≥ 2xUbeállítás UÁV könyök > Ufesz.függő ell.
100 V 200 V 400 V 600 V
ΣI
ID’
C D áramváltó
RV
Ki kell számítani az UM mértékadó feszültséget: Pl.:
RF feszültségfüggő ellenállások
R U> ΣI
Differenciál-relé Önálló áramváltó-magot igényel (belső zárlat). PÓKA GYULA 9
Transzformátor differenciálvédelem.
BME-VMT
PÓKA GYULA
10
Transzformátor differenciálvédelem. Egyetlen diff. védelem az transzformátor mindkét (mindhárom) tekercsére.
áramváltócsoport
ΣI
ΣI Kéttekercselésű tr. diff. védelem Háromtekercselésű tr. diff. védelem
ΣI BME-VMT
ΣI
Nagyimpedanciájú tr. diff. védelem
Külön diff. védelem a nagyfeszültségű, és külön a szekunder oldali tekercselésekre. PÓKA GYULA
11
Nagyimpedanciájú transzformátor differenciálvédelem. áramváltó DC
differenciálrelék
120 kV Pl.: 400/120/10,5 kV-os boostertranszformátor c
b
Pn = 250/250/50 MVA, In = 361/1146/2749 A
a DA
da
a
A 400 kV
DB
b
B DC
db
c
C Áramváltó-áttételek kötöttsége: külön a primer és külön a szekunder Például: oldal áramváltói azonos áttételűek 400-120 kV: 1200/1 A legyenek. 10,5 kV: 3000/1 A BME-VMT
10,5 kV
dc
PÓKA GYULA
12
Transzformátor differenciálvédelem problémái. 1.) Bekapcsolási áramlökés. Hibás megszólalást okozhat → mert a bekapcsolási áramlökés csak az egyik lezáró áramváltó-csoporton folyik át. Görbealak: Ig gerjesztőáram szinuszos görbéjének minden második (pl. pozitív) félhullámához csúcsosan kiugró lökés adódik. táblarajz! Megoldások a hibás megszólalás elkerülésére: A.) Galvanikusan összetartozó részekre bontás + nagy impedanciájú differenciálvédelem alkalmazása. I 100 > x% B.) Felharmonikus reteszelés vagy fékezés: I100>, vagy C.) Egyenirányítás után: minden félhullám nagy: zárlat, I 50 csak minden második félhullám nagy: bekapcsolási áramlökés. D.) Nagymértékű érzéketlenítés (el.mech.: ≈(3…3,5).Itr n, elektr.: ≈(6…8).Itr n; nem jó, mert érzéketlen, néha nem is muködik. E.) Késleltetés; nem jó, mert a legfobb elonyét veszti el; hidegen hengerelt lemez! PÓKA GYULA 13 BME-VMT
" Kö s zö nö m a fig ye lm e t. .
BME-VMT
PÓKA GYULA
14
Vége az 5. előadásnak. Kezdődik a 6. előadás: Transzformátor differenciálvédelem, 2. folytatás: Szögforgatás. BME-VMT
PÓKA GYULA
15
! Védelmek és automatikák ! 6. eloadás. Differenciál-elvű védelmek, 2. rész. Transzformátor differenciálvédelem (2. folytatás) Szakaszvédelem.
" Előadó:
Póka Gyula BME-VMT
PÓKA GYULA
16
Transzformátor differenciálvédelem problémái. 2.) Szögforgatás. (A.) CSAK FÁZISBAN LÉVŐ ÁRAMOK HASONLÍTHATÓK ÖSSZE!
Megoldás: „Szétválasztott” differenciálvédelem alkalmazása, VAGY a transzformátor áramait vissza kell forgatni. 1.) Szögforgatást okoz " / ∆ / " a csillag/delta/zegzug kapcsolás: ha a két oldali kapcsolás nem azonos, Upr és Uszek, valamint Ipr és Iszek között (azonos) szögeltérés létezik. 2.) Transzformátorok kapcsolási csoportja: Y, D vagy Z + óraszám. Például: Yod11 : primer csillag (+ földelt: o), szekunder delta h 12 kapcsolású, és az azonos fázisok közötti szögeltérés: 11h Primer feszültség,
12h
ua
UA
Szekunder feszültség, 11h BME-VMT
PÓKA GYULA
17
Transzformátor differenciálvédelem problémái. 2.) Szögforgatás. (B. folytatás.) Módszer a visszaforgatásra az áramváltók szekunderében: 1.) Ciklikus fáziscsere, illetve polaritáscsere. 2.) Csillag-kapcsolás, illetve delta-kapcsolás. Segítő szabály: A.) Ha a transzformátor kapcsolási csoportja páros: ÁV szekunder legyen Y/Y vagy ∆/∆ ∆ + a fenti 1.) módszer. Például: 6h → egyik oldalon polaritáscsere. 4h → egy ciklikus fáziscsere (nx4 órát forgat). B.) Ha a transzformátor kapcsolási csoportja páratlan: ÁV szekunder legyen Y/∆ ∆ vagy ∆/Y + a fenti 1.) módszer BME-VMT
PÓKA GYULA
18
Transzformátor differenciálvédelem problémái. 2.) Szögforgatás. (C. folytatás.) UA
IA
A B
ib uba
b UC
IC
C
a
UB
IB
ia uac
Pozitív irányok. I i
ic ucb
c UA
ua 11h
azonos oszlopon
uac U
ub u a
u
UC BME-VMT
12h UA
UB
uc PÓKA GYULA
19
Transzformátor differenciálvédelem problémái. 2.) Szögforgatás. (D. folytatás.) „A” variáció
„B” variáció
IA
ia
IA
ia
IB
ib
IB
ib
IC
ic
IC
ic
IA-IB
ia-ic
IA
ia -IB
Diff.védelem
ia
-ic IA
Diff.védelem
A
IA ia
a Bármelyik kapcsolás jó. DE: ha egyik oldal földelt csillagpontú: ott kötelező a delta (hálózati FN zárlat miatt) BME-VMT
b C
B
c PÓKA GYULA20 20
Transzformátor differenciálvédelem problémái. 3.) Áttétel-kiegyenlítés. (A. folytatás.) 1. módszer: eredő áttétel számítása. Eredő áttétel számítása (áramváltó-áttételek kötöttsége):
Un ÁiÁk 0,8 ≤ ≤ 1,25 u n á iá k Áramváltó-áttételt meg kell szorozni az alábbival (nyílirányban véve) 1 csillag/delta kapcsolás: 3 delta/csillagkapcsolás: 3 BME VMT BME-VMT
PÓKA GYULA PÓKA GYULA2121
Transzformátor differenciálvédelem problémái. 3.) Áttétel-kiegyenlítés. (B. folytatás.) 2. módszer: áramazonosság számítása. Itr névleges
m1 m2
PR ΣI m1= UPR/US1 m2= UPR/US2
i = Itr névleges.m1 S1 S2 i = Itr névleges.m2
áramváltócsoport
Itt NE itr névleges, hanem a PRIMERBŐL ÁTSZÁMÍTOTT áram legyen!
A védelemnél kb. relé-névleges legyen (pl. 1 A) (áramváltó-áttételek kötöttsége).
Példa: háromtekercselésű transzformátor-differenciálvédelem. BME-VMT
PÓKA GYULA
22
Gyűjtősín-differenciálvédelem.
Lehet: nemlineáris fékezésű, áramirány-összehasonlító, nagyimpedanciájú. BME-VMT
Külső zárlat áramképe.
PÓKA GYULA
23
Szakaszvédelem. Hasonlítás lehet: lineáris jel: áram, vele arányos feszültség nemlineáris jel: fázishelyzet, félhullám (nagyság nélkül) logikai: zárlati teljesítmény, távolsági védelmi jel
Alapvető problémák: 1.) csatorna igénye, 2.) mindkét oldalon kell kioldás, tehát relé.
Lineáris jel: pl.: F R
F = fékező tekercs, R = diff.relé
Soros relékkel
=
F
F Kábel F
F
R
Fesz. összehasonlító szak.véd. Ix
R R
Iy
F
Párh. relékkel U> Ux
F
Kábel (csatorna)
F
Egy kábelér
U> Kábel
Uy
Külső zárlat: Ix = Iy, és így a hurokra: Ux + Uy = 0 BME-VMT
R
Z
Kábel
Z
R PÓKA GYULA
24
Fázisösszehasonlító szakaszvédelem.
+ 3/1 fázisú átalakító
Nemlineáris jel: áramfázishelyzet összehasonlítása (nagysága nélkül) PÓKA GYULA BME-VMT
25
PÓKA GYULA
25
Numerikus (mikroprocesszoros, digitális) szakaszvédelem.
Mikroprocesszoros szakaszvédelem elvileg minden módszert használni tud. Példaként jó megoldás: - ha fénykábel összeköttetést alkalmaz - ha mindhárom fázisáram pillanatértékét hasonlítja
BME-VMT
PÓKA GYULA
26
" Kö s zö nö m a fig ye lm e t. .
BME-VMT
PÓKA GYULA
27
