Revista

„În memoria strălucitului inginer
energetician Vladimir HRISTEA”


Cercetări privind creșterea siguranței în exploatare a rețelelor electrice de medie tensiune


Colectiv de autori,

Departamentul Bazele Fizice ale Ingineriei: prof.dr.doc. Constantin ȘORA, prof.dr.ing. Dumitru TOADER, prof.dr.ing. Ștefan HĂRĂGUȘ, Ș.l..dr.ing. Constantin BLAJ, Ș.l.dr.ing. Marian GRECONICI, prof.dr.ing. Silvia DOBRE, prof.dr.ing. Ioan BERE, as.dr.ing. Ildiko TATAI, as.dr.ing. Daniela VESA.

SN "TRANSELECTRICA": ing. Vladimir HRISTEA, dr.ing. Ioan HAȚEGAN, dr.ing. Petru RUȘEȚ, dr.ing. Ioan DIACONU, ing. Mircea GALEA.

ISPE București: ing. Mauritius SUFRIM


1. Introducere

Cercetările privind creșterea siguranței în exploatarea rețelelor electrice de medie tensiune, efectuate de colectivul menționat, au început în anul 1973, odată cu înființarea în cadrul Centralei Industriale de Rețele Electrice București a Secției Cercetare - Proiectare și în cadrul acesteia a Laboratorului de Protecții și Automatizări din Deva. Șeful acestui laborator a fost ing. Vladimir HRISTEA, cel care a participat efectiv la realizarea sistemului electroenergetic din județul Hunedoara. Experiența în exploatarea instalațiilor electroenergetice a șefului de laborator și preocupările avute pentru ridicarea acestei activității la noi standarde a făcut ca în scurt timp laboratorul să obțină performanțe remarcabile. Eforturile depuse pentru dotarea laboratorului cu echipamente performante necesare efectuări de măsurări pe viu în sistemul electroenergetic (tensiuni de la 0,4 kV la 750 kV) a condus la posibilitatea verificării experimentale a rezultatelor teoretice.

Din anul 1976 Catedra de Bazele electrotehnicii a colaborat cu Laboratorul de Protecții și Automatizări din Deva, pe baza contractelor de cercetare. Colaborarea cu acest laborator a continuat până în anul 1994 când laboratorul s-a desființat și ing. Vladimir HRISTEA s-a pensionat. Colaborarea Catedrei de Electrotehnică cu ing. Vladimir HRISTEA a continuat, punctual pe anumite teme de cercetare, până în anul 2010 când firul vieții excelentului profesionist în domeniul electroenergetici s-a rupt.

Ca absolvent al facultății de electrotehnică din Institutul Politehnic Timișoara, prin tot ce a făcut inginerul Vladimir HRISTEA, a contribuit la creșterea prestigiului învățământului tehnic superior din România și a Universității Politehnica din Timișoara. A fost un admirator al profesorului emerit Plauțius ANDRONESCU, al cărui asistent a fost timp de o lună. Nu a putut continua activitatea în învățământul superior deoarece nu a obținut transferul de la Ministerul Energiei. Din acest motiv s-a întors la Întreprinderea de Rețele Electrice din Deva, unde a în timp a devenit unul dintre cei mai valoroși inginer electroenergetic, pasionat de profesie și un remarcabil susținători ai inginerilor tineri.

O primă realizare, urmare a colaborării dintre catedra de Bazele electrotehnicii și Laboratorul de Protecții și Automatizări din Deva, a constat în realizarea unui contactor static care să permită reglarea fazei inițiale a tensiunii în momentul conectării sursei în intervalul 0-360º. Cu acest contactor a fost completat modelul electrodinamic de rețea, construit la Laboratorul de Protecții și Automatizări din Deva. Modelul electrodinamic realizat a permis verificarea în regim dinamic a tuturor tipurilor de protecții existente în sistemul electroenergetic din România.

2. Metode de tratare a neutrului rețelelor electrice de medie tensiune

În literatura de specialitate sunt prezentate trei metode de tratare a neutrului și anume: neutru tratat cu bobină de compensare; neutru tratat cu rezistor; neutru izolat. Colectivul de cercetare a completat aceste metode cu alte două pentru a conserva caracteristicile pozitive ale metodei de tratare cu bobină de compensare și cu rezistor. Prima metoda concepută a fost implementată în sectorul experimental din Stația 110/20kV Salonta. Metoda presupune neutrul tratat cu bobină de stingere, dar dacă bobina din neutru nu elimină defectul (interval de timp 0,3-0,6s), în paralel cu bobina de compensare se conectează un rezistor. Prin punerea în paralel a rezistorului cu bobina de compensare protecțiile utilizate în cazul tratării neutrului prin rezistor vor detecta selectiv defectul. Pe durata unui an s-a constatat în sectorul experimental că din 2516 defecte doar în 26 de cazuri defectul nu a fost eliminat prin bobina de compensare. Cea de a doua metodă propusă constă în eliminarea rezistorului și realizarea unei bobine trifazate cu impedanță mărită pentru a limita curentul de scurtcircuit monofazat la 300A. Nulul acestei bobine se leagă la pământ printr-un întrerupător monopolar. Această soluție a fost implementată în Stația 110/20/6 kV IUM Tg. Jiu. Rezultatele experimentale au confirmat valabilitatea metodei.

3. Analiza defectelor din rețele electrice de medie tensiune

Conceperea unor protecții eficiente presupune cunoașterea modului în care se modifică tensiunile și curenții aferenți liniilor de medie tensiune pe durata unui defect. Totodată trebuie analizate și defectele slabe (conductor întrerupt și căzut la pământ, simple și duble puneri la pământ prin rezistență de trecere mare) pentru a constata în ce condiții aceste pot fi sesizate selectiv. Din acest motiv aceste defecte au fost analizate analitic și numeric.

Au fost analizate următoarele tipuri de defecte:

4. Calculul parametrilor liniilor electrice aeriene

În literatura de specialitate parametrii conductoarelor de fază ale liniilor electrice aeriene se calculează neglijând prezența inimii de oțel și a faptului că firele din aluminiu sunt înfășurate elicoidal peste inima de oțel. Calculul parametrilor conductoarelor LEA având în vedere inima de oțel și faptul că firele din aluminiu sunt înfășurate elicoidal a reliefat că în cazul conductoarelor LEA cu un singur strat neglijarea prezenței inimii de oțel și a faptului că firele din aluminiu sunt înfășurate elicoidal peste aceasta conduce la erori inacceptabile.

5. Relee și echipamente realizate

Având în vedere posibilitățile de tratare a neutrului rețelelor electrice de medie tensiune au fost concepute și realizate diverse echipamente pentru fiecare din metodele de tratare ale neutrului.

5.1. Rețele cu neutrul tratat prin rezistor

  • Releu ampermetric pentru sesizarea simplelor puneri la pământ - RAP-1, permite sesizarea defectelor monofazate pentru care fundamentala curentului prin rezistor are valoarea minimă 0,5A.
  • Releu direcțional de curent cu secvența zero RCHD-1, se montează pe fiecare linie de medie tensiune și permite sesizarea defectelor monofazate și duble puneri la pământ pentru care valoare curentului de defect este mai mare de 1A.
  • dispozitiv pentru semnalizarea ramificației cu defect a liniei de medie tensiune, tip DLS-1, semnalizează ramificația cu defect și nu necesită baterii pentru asigurarea funcționării.

5.2. Rețele cu neutru izolat

  • Bloc digital de tensiune de secvență zero, tip BHT-10a (fig. 20), conține protecția de tensiune de secvență zero temporizată și permite sesizarea defectelor monofazate la care valoarea tensiunii de secvență zero în secundarul filtrului homopolar este mai mare de 5V.
    • Fig. 20 Blocul digital BHT-10a Fig. 21 Blocul digital BHAC-1
  • Bloc digital de protecție de secvență zero, tip BHT-1b, conține protecția de tensiune de secvență zero rapidă și permite sesizarea defectelor monofazate la care valoarea tensiunii de secvență zero în secundarul filtrului homopolar este mai mare de 5V.
  • Bloc digital direcțional de curent de secvență zero, tip BHAC-1 (fig. 21), permite sesizarea selectivă a defectelor monofazate la care valoarea curentului de secvență zero este de minim 1a 1A.

5.3. Rețele cu neutrul tratat prin bobină de compensare

  • Bloc digital de protecție de secvență zero, tip BZAD-1 (fig. 22), conține protecția maximală de curent de secvență zero temporizată și protecția maximală direcțională de secvență zero temporizată.
  • Bloc digital de protecție de secvență zero, tip BZAD-2 (fig. 23), conține protecția maximală de curent de secvență zero temporizată, protecția maximală direcțională de secvență zero temporizată și protecția selectivă pentru detectarea selectiva a defectelor monofazate prin rezistență de trecere mică controlând conținutul în armonici al curentului de secvență zero. Blocul digital de protecție permite detectarea selectiva a defectelor monofazate la care rezistența de trecere la locul de defect este maxim 10 kΩ.
Fig. 22 Blocul digital BZAD-1 Fig. 23 Blocul digital BZAD-2

Toate blocurile și dispozitivele de protecții realizate au fost verificate în rețele de medie tensiune prin provocarea de defecte monofazate. Rezultatele experimentale au confirmat corectitudine ipotezelor avute în vedere la conceperea și dimensionarea blocurilor de protecție (fig.24).


Fig. 24. Oscilograma obținută pentru o simplă punere la pământ prin rezistență de trecere 1kΩ

Din oscilograma prezentată în fig.24 se constată nivelul scăzut de armonici în curentul de defect (I0PTTurnu) când rezistența de trecere la locul de defect este 1kΩ, motiv pentru care defectul a fost sesizat selectiv cu releul wattmetric (Declanșare BZAD-2 prin MW), care a transmis comanda de deconectare al întreruptorului liniei cu defect (linia PT Turnu).

Rezultatele cercetării au fost publicate în 8 teze de doctorat (6 susținute la Universitatea Politehnica din Timișoara, 2 susținute la Universitatea Politehnica București), două monografii (una publicată în țară, una în străinătate) și în 42 lucrări științifice publicate. Lucrările științifice au fost publicate astfel: 6 în volume cotate ISI; 10 în reviste cotate BDI; 4 în volume cotate BDI; 15 în volume de la conferințe internaționale; 7 în volumele unor conferințe naționale. Cercetarea științifică s-a concretizat și în următoarele brevete de invenție: Model electrodinamic de rețea; Releu ampermetric tip RAP-1; Releu direcțional de secvență homopolară, tip RDCH-1; Dispozitiv de semnalizare a ramificațiilor defecte ale liniilor electrice de medie tensiune, tip DLS-1; Modul voltmetric digital de protecție; Modul voltmetric digital de protecție cu ieșire în curent. Toate brevetele de invenție au fost implementate în producție. Dispozitivul de sesizare a ramificațiilor defecte ale liniilor electrice de medie tensiune a fost implementat în producție la Atelierele de Producție ale Universității Politehnica din Timișoara.


Timișoara, 14 noiembrie 2012

Prof.dr.ing. Dumitru TOADER




Lucrarea a fost prezentată în cadrul ciclului de conferințe „Progres Tehnic” în data de 08.XI.2012 la Facultatea de Electrotehnică și Electroenergetică.