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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA
Sección 3. Protección y automatización Protección de relé. Requerimientos generales
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Normas para la instalación de instalaciones eléctricas (PUE) 3.2.2. Las instalaciones eléctricas deberán estar equipadas con dispositivos de protección de relés diseñados para: a) desconexión automática del elemento averiado del resto de la parte no averiada del sistema eléctrico (instalación eléctrica) mediante interruptores; Si la falla (por ejemplo, una falla a tierra en redes con un neutro aislado) no interrumpe directamente el funcionamiento del sistema eléctrico, se permite que la protección del relé actúe solo sobre la señal. b) responder a condiciones operativas anormales y peligrosas de los elementos del sistema eléctrico (por ejemplo, sobrecarga, aumento de voltaje en el devanado del estator de un hidrogenerador); Dependiendo del modo de funcionamiento y condiciones de funcionamiento de la instalación eléctrica, se debe realizar una protección por relé para actuar sobre la señal o desconectar aquellos elementos que de dejarse en funcionamiento pueden provocar daños. 3.2.3. Para reducir el costo de las instalaciones eléctricas, se deben utilizar fusibles o cartuchos fusibles abiertos en lugar de disyuntores y protección de relés si:
Cuando se utilizan fusibles o cartuchos de fusibles abiertos, dependiendo del nivel de asimetría en el modo de fase abierta y la naturaleza de la carga suministrada, se debe considerar la necesidad de instalar protección contra el modo de fase abierta en la subestación receptora. 3.2.4. Los dispositivos de protección de relés deben garantizar el menor tiempo posible de apagado por cortocircuito para mantener el funcionamiento ininterrumpido de la parte no dañada del sistema (funcionamiento estable del sistema eléctrico y de las instalaciones eléctricas de los consumidores, asegurando la posibilidad de restablecer el funcionamiento normal mediante el funcionamiento exitoso de reenganche automático e interruptores de transferencia automática, arranque automático de motores eléctricos, sincronización, etc.) y restricciones de área y grado de daño del elemento. 3.2.5. La protección del relé que actúa en caso de apagado, por regla general, debe garantizar la selectividad de acción, de modo que si algún elemento de la instalación eléctrica resulta dañado, solo se apaga este elemento dañado. Se permite la actuación no selectiva de protección (corregible mediante actuación posterior de reenganche automático o reenganche automático): a) asegurar, si es necesario, la aceleración del disparo del cortocircuito (ver 3.2.4); b) cuando se utilicen circuitos eléctricos principales simplificados con separadores en línea o circuitos transformadores que desconecten el elemento averiado durante un tiempo muerto. 3.2.6. Se permiten dispositivos de protección de relés con retardos de tiempo que aseguren la selectividad de acción si: al desconectar un cortocircuito con retardos de tiempo, se cumplen los requisitos de 3.2.4; La protección actúa como respaldo (ver 3.2.15). 3.2.7. El funcionamiento confiable de la protección del relé (funcionamiento cuando aparecen las condiciones para el funcionamiento y no funcionamiento en su ausencia) debe garantizarse mediante el uso de dispositivos que, en sus parámetros y diseño, correspondan al propósito previsto, así como mediante el mantenimiento adecuado de estos. dispositivos. Si es necesario, se deben utilizar medidas especiales para mejorar la confiabilidad operativa, en particular la redundancia del circuito, el monitoreo continuo o periódico del estado, etc. También se debe tener en cuenta la probabilidad de acciones erróneas por parte del personal de mantenimiento al realizar las operaciones necesarias con protección de relé. 3.2.8. Si existe protección de relé con circuitos de voltaje, se deben proporcionar los siguientes dispositivos:
3.2.9. Al instalar protección de relé de alta velocidad en líneas eléctricas con pararrayos tubulares, se debe desconectar del funcionamiento de los pararrayos, para lo cual:
3.2.10. Para la protección de relés con retardos de tiempo, en cada caso específico, es necesario considerar la viabilidad de proporcionar protección contra el valor inicial de corriente o resistencia durante un cortocircuito para excluir fallas en el funcionamiento de la protección (debido a la atenuación del cortocircuito). corrientes del circuito a lo largo del tiempo, como resultado de la aparición de oscilaciones, la aparición de un arco en el lugar del daño, etc.). 3.2.11. Las protecciones en redes eléctricas de 110 kV y superiores deberán contar con dispositivos que bloqueen su acción durante las oscilaciones o movimientos asíncronos, si tales oscilaciones o movimientos asíncronos son posibles en estas redes, durante los cuales la protección puede dispararse innecesariamente. También es posible utilizar dispositivos similares para líneas por debajo de 110 kV que conectan fuentes de alimentación (en función de la probabilidad de oscilaciones o movimientos asíncronos y las posibles consecuencias de paradas innecesarias). Se permite realizar la protección sin bloqueo durante las oscilaciones, si la protección se ajusta a tiempo contra las oscilaciones (el retardo del tiempo de protección es de aproximadamente 1,5 a 2 s). 3.2.12. La acción de la protección del relé debe registrarse mediante relés indicadores, indicadores de disparo integrados en el relé, contadores de disparo u otros dispositivos en la medida necesaria para registrar y analizar el funcionamiento de la protección. 3.2.13. Los dispositivos que registren la acción de la protección del relé en el momento del apagado deben instalarse de modo que se señale la acción de cada protección y, en caso de protección compleja, sus partes individuales (diferentes etapas de protección, conjuntos separados de protección contra diferentes tipos de daños, etc. .). 3.2.14. Cada elemento de la instalación eléctrica deberá estar dotado de una protección básica diseñada para actuar en caso de avería dentro de todo el elemento protegido con un tiempo inferior al de otras protecciones instaladas sobre este elemento. 3.2.15. Para operar en caso de fallas de protecciones o interruptores de elementos adyacentes, se debe proporcionar protección de respaldo diseñada para brindar una acción de respaldo a largo plazo. Si la protección principal de un elemento tiene una selectividad absoluta (por ejemplo, protección de alta frecuencia, protección diferencial longitudinal y transversal), entonces se debe instalar una protección de respaldo en este elemento, que realice las funciones no solo de largo alcance, sino también de corto alcance. rango de respaldo, es decir, operar en caso de falla de la protección principal de este elemento o retirarlo del trabajo. Por ejemplo, si se utiliza la protección de fase diferencial como protección principal contra cortocircuitos entre fases, entonces se puede utilizar la protección de distancia de tres etapas como respaldo. Si la protección principal de una línea de 110 kV y superior tiene una selectividad relativa (por ejemplo, protección escalonada con retardos de tiempo), entonces:
3.2.16. Para una línea de transmisión de energía de 35 kV y superior, para aumentar la confiabilidad de la desconexión de una falla al comienzo de la línea, se puede proporcionar un corte de corriente sin retardo como protección adicional, siempre que se cumplan los requisitos de 3.2.26 .XNUMX se cumplen. 3.2.17. Si la provisión total de redundancia de largo alcance está asociada con una complicación significativa de la protección o es técnicamente imposible, se permite lo siguiente: 1) no reservar desconexiones de cortocircuito detrás de transformadores, en líneas reactivas, líneas de 110 kV y superiores en presencia de respaldo de corto alcance, al final de una sección larga adyacente de una línea de 6-35 kV; 2) tener redundancia de largo alcance solo para los tipos de daños más comunes, sin tener en cuenta los modos de funcionamiento raros y teniendo en cuenta la acción de protección en cascada; 3) prever una acción de protección no selectiva durante un cortocircuito en elementos adyacentes (con acción de respaldo de largo alcance) con la posibilidad de desenergizar las subestaciones en algunos casos; al mismo tiempo, es necesario, si es posible, garantizar que estas paradas no selectivas sean corregidas por la acción de un sistema de recierre automático o de transferencia automática. 3.2.18. Se deben proporcionar dispositivos de respaldo en caso de falla del interruptor (protección contra falla del interruptor) en instalaciones eléctricas de 110-500 kV. Se permite no prever protección contra falla del interruptor en instalaciones eléctricas de 110-220 kV, sujeto a las siguientes condiciones: 1) se garantizan la sensibilidad requerida y tiempos de desconexión aceptables de los dispositivos de respaldo de largo alcance en condiciones de estabilidad; 2) cuando la protección de respaldo está activa, no hay pérdida de elementos adicionales debido a la desconexión de interruptores que no están directamente adyacentes al interruptor fallado (por ejemplo, no hay barras seccionales o ramas con ramas). En centrales eléctricas con generadores que tienen enfriamiento directo de los conductores de los devanados del estator, para evitar daños a los generadores en caso de fallas de los disyuntores de 110-500 kV, se debe proporcionar un sistema de protección contra fallas del disyuntor independientemente de otras condiciones. . Si falla uno de los interruptores del elemento averiado (línea, transformador, barras) de la instalación eléctrica, el sistema de protección de fallo de interruptor debe actuar para desconectar los interruptores adyacentes al fallado. Si la protección está conectada a transformadores de corriente remotos, entonces la protección contra falla del interruptor también debe funcionar durante un cortocircuito en el área entre estos transformadores de corriente y el interruptor automático. Se permite utilizar sistemas simplificados de protección contra fallas de interruptores que operan durante cortocircuitos con fallas de interruptores no en todos los elementos (por ejemplo, solo durante cortocircuitos en líneas); a una tensión de 35-220 kV, además, se permite utilizar dispositivos que actúen únicamente para desconectar el interruptor de barra colectora (seccional). Si la eficacia de la redundancia de largo alcance es insuficiente, se debe considerar la necesidad de aumentar la confiabilidad de la redundancia de corto alcance además de la falla del interruptor. 3.2.19. Cuando se realiza una protección de respaldo en forma de un conjunto separado, se debe implementar, por regla general, de tal manera que sea posible verificar o reparar por separado la protección principal o de respaldo mientras el elemento está en funcionamiento. En este caso, las protecciones principal y de respaldo deben, por regla general, alimentarse desde diferentes devanados secundarios de los transformadores de corriente. El suministro de energía para la protección principal y de respaldo de líneas eléctricas de 220 kV y superiores debe, por regla general, realizarse desde diferentes disyuntores automáticos de corriente continua. 3.2.20. La sensibilidad de los principales tipos de protección de relés debe evaluarse mediante un coeficiente de sensibilidad determinado por:
Los valores calculados de las cantidades deben establecerse en función de los tipos de daños más desfavorables, pero para el modo de funcionamiento realistamente posible del sistema eléctrico. 3.2.21. Al evaluar la sensibilidad de las protecciones básicas, se debe partir del hecho de que se deben garantizar los siguientes coeficientes mínimos de sensibilidad: 1. Protección máxima de corriente con y sin arranque por tensión, direccional y no direccional, así como protección de corriente monoetapa direccional y no direccional, incluidas en los componentes de secuencia negativa o cero:
Para una protección máxima de corriente de transformadores con bajo voltaje de 0,23-0,4 kV, el factor de sensibilidad más bajo puede ser de aproximadamente 1,5. 2. Protección de paso de corriente o corriente y tensión, direccionales y no direccionales, incluidas para corrientes y tensiones plenas o para componentes de secuencia cero:
3. Protección remota contra cortocircuitos multifásicos:
4. Protección diferencial longitudinal de generadores, transformadores, líneas y otros elementos, así como protección diferencial total de barras colectoras: aproximadamente 2,0; para el elemento de arranque actual de protección de distancia diferencial incompleta de los buses de voltaje del generador, la sensibilidad debe ser de aproximadamente 2,0, y para la primera etapa de protección de corriente diferencial incompleta de los buses de voltaje del generador, realizada en forma de corte, la sensibilidad debe ser de aproximadamente 1,5 (con cortocircuito en las barras). Para la protección diferencial de generadores y transformadores, se debe verificar la sensibilidad durante un cortocircuito en los terminales. En este caso, independientemente de los valores del coeficiente de sensibilidad para hidrogeneradores y turbogeneradores con enfriamiento directo de los conductores del devanado, la corriente de respuesta de protección debe tomarse menor que la corriente nominal del generador (ver 3.2.36). Para autotransformadores y transformadores elevadores con una potencia de 63 MVA o más, se recomienda que la corriente de funcionamiento sin frenado sea menor que la nominal (para autotransformadores, menor que la corriente correspondiente a la potencia típica). Para otros transformadores con una capacidad de 25 MVA o más, se recomienda que la corriente de funcionamiento sin tener en cuenta el frenado no sea más de 1,5 veces la corriente nominal del transformador. Se permite reducir el coeficiente de sensibilidad para la protección diferencial de un transformador o unidad generador-transformador a un valor de aproximadamente 1,5 en los siguientes casos (en los que garantizar un coeficiente de sensibilidad de aproximadamente 2,0 está asociado con una complicación significativa de la protección o es técnicamente imposible):
Para el modo de suministro de voltaje a autobuses dañados, al encender uno de los elementos de potencia, es posible reducir el coeficiente de sensibilidad para la protección diferencial de los autobuses a un valor de aproximadamente 1,5. El coeficiente especificado de 1,5 también se aplica a la protección diferencial del transformador durante un cortocircuito detrás del reactor instalado en el lado de baja tensión del transformador e incluido en la zona de su protección diferencial. Si existen otras protecciones que cubren el reactor y cumplen con los requisitos de sensibilidad para un cortocircuito detrás del reactor, es posible que no se proporcione la sensibilidad de la protección diferencial del transformador durante un cortocircuito en este punto. 5. Protección direccional diferencial transversal de líneas paralelas:
6. Protecciones direccionales con bloqueo de alta frecuencia:
7. Protección de alta frecuencia de fase diferencial:
8. Cortes de corriente sin retardo, instalados en generadores con potencia de hasta 1 MW y transformadores, con cortocircuito en el lugar de instalación de la protección - aproximadamente 2,0. 9. Protección contra fallas a tierra en líneas de cable en redes con neutro aislado (actuando sobre una señal o sobre un apagado):
10. La protección contra fallas a tierra en líneas aéreas en redes con neutro aislado, actuando sobre una señal o sobre un apagado, es de aproximadamente 1,5. 3.2.22. Al determinar los factores de sensibilidad especificados en 3.2.21, puntos 1, 2. 5 y 7, deberá tenerse en cuenta lo siguiente: 1. La sensibilidad de potencia de un relé inductivo de dirección de potencia se verifica solo cuando está encendido para los componentes de corrientes y voltajes de secuencia cero y negativa. 2. Se verifica la sensibilidad del relé de dirección de potencia, realizada de acuerdo con el circuito de comparación (valores absolutos o fases): cuando se enciende a plena corriente y voltaje, por corriente; al encender los componentes de corrientes y voltajes, secuencias negativas y cero, en corriente y voltaje. 3.2.23. Para los generadores que operan en barras, la sensibilidad de la protección actual contra fallas a tierra en el devanado del estator que actúa al dispararse está determinada por su corriente de operación, que no debe ser más de 5 A. Como excepción, se permite aumentar la corriente de operación a 5,5 A. Para generadores que funcionan en un bloque con transformador, el coeficiente de sensibilidad de protección contra fallas a tierra monofásicas que cubren todo el devanado del estator debe ser al menos 2,0; Para proteger la tensión de secuencia cero, que no cubre todo el devanado del estator, la tensión de funcionamiento no debe ser superior a 15 V. 3.2.24. La sensibilidad de la protección en corriente alterna de funcionamiento, realizada según el circuito con desconexión de los electroimanes de disparo, debe comprobarse teniendo en cuenta el error de corriente real de los transformadores de corriente después de la desconexión. En este caso, el valor mínimo del coeficiente de sensibilidad de los electroimanes de apagado, determinado para la condición de su funcionamiento confiable, debe ser aproximadamente un 20% mayor que el aceptado para las protecciones correspondientes (ver 3.2.21). 3.2.25. Los coeficientes de sensibilidad más bajos para la protección de respaldo durante un cortocircuito en el extremo de un elemento adyacente o en el más remoto de varios elementos consecutivos incluidos en la zona de redundancia deberían ser (ver también 3.2.17):
Al evaluar la sensibilidad de las etapas de protección de respaldo que brindan respaldo de corto alcance (ver 3.2.15), se debe partir de los coeficientes de sensibilidad dados en 3.2.21 para las protecciones correspondientes. 3.2.26. Para cortes de corriente sin retardo instalados en líneas y que realizan funciones de protección adicional, el coeficiente de sensibilidad debe ser de aproximadamente 1,2 para un cortocircuito en el lugar donde está instalada la protección en el modo de sensibilidad más favorable. 3.2.27. Si la acción de la protección de un elemento posterior es posible debido a un fallo por sensibilidad insuficiente de la protección del elemento anterior, entonces las sensibilidades de estas protecciones deben coordinarse entre sí. Se permite no coordinar las etapas de estas protecciones, destinadas a respaldo de largo alcance, si no se puede desconectar el cortocircuito debido a una sensibilidad insuficiente de la protección del elemento posterior (por ejemplo, protección de secuencia negativa de generadores, autotransformadores). conducir a graves consecuencias. 3.2.28. En redes con un neutro sólidamente puesto a tierra, según las condiciones de protección del relé, se debe seleccionar un modo de conexión a tierra de los neutros de los transformadores de potencia (es decir, la colocación de transformadores con un neutro puesto a tierra) en el que los valores de las corrientes y los voltajes durante fallas a tierra aseguran el funcionamiento de la protección de relés de los elementos de la red en todos los modos de operación posibles del sistema eléctrico. Para transformadores elevadores y transformadores con suministro de energía de dos y tres vías (o alimentación significativa de motores eléctricos síncronos o compensadores síncronos), que tienen un aislamiento incompleto del devanado en el lado de la salida neutral, como regla general, la ocurrencia de un inaceptable Se debe excluir el modo de funcionamiento para ellos con neutro aislado en barras separadas o un tramo de una red de 110-220 kV con falla a tierra monofásica (ver 3.2.63). 3.2.29. Los transformadores de corriente destinados a alimentar los circuitos de corriente de los dispositivos de protección de relés contra cortocircuitos deben cumplir los siguientes requisitos: 1. Para evitar operaciones de protección innecesarias durante un cortocircuito fuera del área protegida, el error (total o actual) de los transformadores de corriente, por regla general, no debe exceder el 10%. Se permiten errores mayores cuando se utiliza protección (por ejemplo, protección diferencial de neumáticos al frenar), cuyo correcto funcionamiento en caso de mayores errores se garantiza mediante medidas especiales. Se deben cumplir los siguientes requisitos:
Para protecciones de corriente diferencial (barras, transformadores, generadores, etc.), se debe tener en cuenta el error total, para otras protecciones - el error de corriente, y cuando este último está encendido por la suma de las corrientes de dos o más corrientes. transformadores y en modo de cortocircuito externo: el error total. Al calcular las cargas permitidas en los transformadores de corriente, se permite tomar el error total como inicial. 2. El error de corriente de los transformadores de corriente para evitar fallas de protección durante un cortocircuito al comienzo de la zona protegida no debe exceder:
3. El voltaje en los terminales del devanado secundario de los transformadores de corriente durante un cortocircuito en el área protegida no debe exceder el valor permitido para el dispositivo de protección del relé. 3.2.30. Los circuitos de corriente de los instrumentos de medición eléctricos (junto con los medidores) y la protección de relés deben conectarse, por regla general, a diferentes devanados de los transformadores de corriente. Se permite conectarlos a un devanado de transformadores de corriente, siempre que se cumplan los requisitos de 1.5.18 y 3.2.29. Al mismo tiempo, en los circuitos de protección, que, según el principio de funcionamiento, pueden no funcionar correctamente si se interrumpen los circuitos de corriente, se permite el encendido de instrumentos de medida eléctricos únicamente a través de transformadores de corriente intermedios y siempre que los transformadores de corriente cumplir los requisitos del apartado 3.2.29 con el circuito secundario de los transformadores de corriente intermedios abierto. 3.2.31. Si es posible, se recomienda utilizar protección mediante relés de acción directa, tanto primarios como secundarios, y protección con corriente alterna de funcionamiento, lo que permite simplificar y reducir el coste de la instalación eléctrica. 3.2.32. Como regla general, los transformadores de corriente del elemento protegido deben usarse como fuente de corriente operativa alterna para la protección contra cortocircuitos. También es posible utilizar transformadores de tensión o transformadores auxiliares. Dependiendo de las condiciones específicas, se debe utilizar uno de los siguientes esquemas: con desconexión de los interruptores, disparo de electroimanes, utilizando fuentes de alimentación, utilizando cargadores con condensador. 3.2.33. Los dispositivos de protección de relés que sean puestos fuera de servicio por condiciones de la red, selectividad de acción o por otros motivos, deberán contar con dispositivos especiales para su puesta fuera de servicio por parte del personal operativo. Para respaldar las verificaciones y pruebas operativas, los circuitos de protección deben proporcionar bloques de prueba o terminales de prueba cuando sea necesario.
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