ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχ. και Μηχ. Υπολογιστών Τομέας Ηλεκτρικής Ισχύος ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ. με θέμα

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχ. και Μηχ. Υπολογιστών Τομέας Ηλεκτρικής Ισχύος ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ με θέμα ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΤΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΔΙΚΤΥΩΝ ΠΟΥ ΠΕΡΙΛΑΜΒΑΝΟΥΝ ΑΝΕΜΟΓΕΝΝΗΤΡΙΕΣ ΜΑΡΙΝΑ Α. ΤΣΙΛΗ Επιβλέπων Καθηγητής Μ. Π. ΠΑΠΑΔΟΠΟΥΛΟΣ Ιούλιος

ΠΡΟΛΟΓΟΣ Αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη της προστασίας συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας τα οποία περιλαμβάνουν ανεμογεννήτριες. Η μελέτη αυτή πραγματοποιείται μέσα από ανασκόπηση της υπάρχουσας βιβλιογραφίας και κανονισμών και την εφαρμογή τους σε δύο περιπτώσεις πραγματικών δικτύων. Η επίβλεψη και καθοδήγηση της εργασίας ανήκει στον Καθηγητή κ. Μ. Παπαδόπουλο, τον οποίο θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά για την πολύτιμη επιστημονική βοήθεια που προσέφερε καθώς και για την ηθική του υποστήριξη, χωρίς την οποία θα ήταν αδύνατη η εκπόνησή της. Το πρόγραμμα δυναμικής προσομοίωσης, το οποίο χρησιμοποιείται στις εφαρμογές της εργασίας, παραχωρήθηκε από το Διδάκτορα κ. Σ. Παπαθανασίου, τον οποίο επιθυμώ να ευχαριστήσω για τη συνεχή επίβλεψη και συνεργασία του καθώς και για τις υποδείξεις και διορθώσεις του, οι οποίες υπήρξαν πολύτιμες για την υλοποίηση των εφαρμογών και την ολοκλήρωση της εργασίας. Τον καθηγητή κ Ν. Χατζηαργυρίου ευχαριστώ θερμά για το ενδιαφέρον, τη συνεργασία του και τη βοήθεια που προσέφερε σε όλη τη διάρκεια της προσπάθειας αυτής. Θα ήθελα ακόμη να ευχαριστήσω τους κ Ίσαρη, Αγαπάκη και Ρόκα, οι οποίοι παραχώρησαν τα στοιχεία του αιολικού πάρκου του Λαυρίου που χρησιμοποιήθηκαν στο 5 ο κεφάλαιο της εργασίας, για τη συνεργασία και το ενδιαφέρον που έδειξαν.

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ. Εισαγωγή.... Σκοπός.... Αιολικά συστήματα..... Γενικά.. Αιολικά συστήματα που περιλαμβάνουν γεννήτριες επαγωγής... 3.3 Επιπτώσεις από τη σύνδεση Α/Γ στο ηλεκτρικό δίκτυο... 4.3. Επιπτώσεις στο δίκτυο... 4.3. Επιπτώσεις στην Α/Γ... 5.4 Περιεχόμενα της εργασίας... 6. Σχεδιασμός προστασίας ΣΗΕ-Κανονισμοί... 7. Φιλοσοφία και βασικές αρχές της προστασίας ενός ΣΗΕ... 7.. Ζώνες προστασίας... 7.. Βαθμίδες προστασίας... 8..3 Δεδομένα σφαλμάτων... 8..4 Μελέτες συστήματος... 9. Σύντομη περιγραφή των στοιχείων που περιλαμβάνει ένα σύστημα προστασίας..... Τύποι μετασχηματιστών..... Τύποι ηλεκτρονόμων.....3 Τύποι διακοπτών... 6.3 Κανονισμοί αμερικάνικου προτύπου (ANSI/IEEE std -988... 8.3. Γενικά... 8.3. Γενικές απαιτήσεις για τη διασύνδεση Α/Γ-δικτύου... 8.3.3 Σχήματα προστασίας της διασύνδεσης Α/Γ-δικτύου... 9.3.4 Συμπεράσματα... 4.4 Τεχνικές προδιαγραφές ΔΕΗ για τη σύνδεση γεννητριών ιδιοπαραγωγών με τα δίκτυα διανομής... 3.4. Τρόποι σύνδεσης ιδιοπαραγωγού με το δίκτυο... 3.4. Προϋποθέσεις παράλληλης λειτουργίας... 3.4.3 Σύνδεση ιδιοπαραγωγών στο δίκτυο διανομής Μέσης Τάσης... 34 3. Πρόγραμμα δυναμικής προσομοίωσης... 39 3. Χαρακτηριστικά και δυνατότητες... 39 3. Μοντελοποίηση στοιχείων του συστήματος... 39 3.. Ανεμογεννήτριες-αιολικά πάρκα... 39 3.. Ασύγχρονη γεννήτρια... 4 3..3 Πυκνωτές/Πηνία αντιστάθμισης... 4 3..4 Ασύγχρονοι κινητήρες... 4 3..5 Δηζελογεννήτριες... 4 3..6 Μετασχηματιστές... 43 3..7 Γραμμές-καλώδια... 44 3..8 Γενικευμένα εγκάρσια στοιχεία... 45 3..9 Γενικευμένα στοιχεία σειράς... 45 3.. Δίκτυο... 46 3.. Άπειρο σύστημα... 46 3.. Φορτία... 47 3..3 Φωτοβολταϊκές γεννήτριες... 47 3..4 Εξάρτηση από τη συχνότητα... 47

3..5 Αρχικές συνθήκες... 48 3..6 Διαταραχές... 48 3..7 Αριθμητική ολοκλήρωση... 5 3..8 Μεταβλητές εξόδου... 5 3.3 Τυπικό αρχείο εισόδου προγράμματος δυναμικής προσομοίωσης (Input.dat.. 5 3.4 Τυπικό αρχείο βάσης δεδομένων προγράμματος δυναμικής προσομοίωσης (Data.base. 58 4. Εφαρμογή διαμόρφωσης προστασιών σε ΣΗΕ (Ι... 6 4. Παρουσίαση του υπό μελέτη ΣΗΕ... 6 4.. Διαμόρφωση του συστήματος... 6 4.. Υπολογισμός των α.μ. μεγεθών των αντιστάσεων των στοιχείων 6 του συστήματος... 4. Σχεδιασμός προστασίας συστήματος... 65 4.. Θέσεις εγκατάστασης διακοπτών... 65 4.. Ρύθμιση των διακοπτών προστασίας... 66 4... Αποτελέσματα προγράμματος δυναμικής προσομοίωσης... 67 4... Υπολογισμοί βραχυκυκλωμάτων... 79 4...3 Σύγκριση αποτελεσμάτων υπολογισμών και προγράμματος δυναμικής προσομοίωσης... 8 4...4 Προτεινόμενες ρυθμίσεις των διακοπτών προστασίας... 8 4.3 Έλεγχος λειτουργίας των προστασιών... 4.3. Έλεγχος λειτουργίας του διακόπτη Δ... 4.3.. Λειτουργία Δ με μικρό χρόνο πρώτης επαναφοράς... 4.3.. Λειτουργία Δ με μεγάλο χρόνο πρώτης επαναφοράς... 8 4.3. Έλεγχος λειτουργίας του διακόπτη Δ... 35 5. Εφαρμογή διαμόρφωσης προστασιών σε ΣΗΕ (ΙΙ... 4 5. Παρουσίαση του υπό μελέτη ΣΗΕ... 4 5. Σχεδιασμός προστασίας συστήματος... 4 5.. Θέσεις εγκατάστασης διακοπτών... 4 5.. Ρύθμιση των διακοπτών προστασίας... 47 5..3 Προτεινόμενες ρυθμίσεις των διακοπτών Δ, Δ... 48 5.3 Έλεγχος λειτουργίας των προστασιών... 5 5.3. Έλεγχος λειτουργίας του διακόπτη Δ... 5 5.3. Έλεγχος λειτουργίας του διακόπτη Δ... 5 6. Συμπεράσματα... 7 Παράρτημα... 7 Βιβλιογραφία... 8

.Εισαγωγή.ΕΙΣΑΓΩΓΗ. ΣΚΟΠΟΣ Η προστασία είναι ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες οι οποίοι επηρεάζουν τη λειτουργία ενός συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας υπό μεταβατικές συνθήκες. Ένα σύστημα προστασίας αποτελείται κατά κύριο λόγο από τα εξαρτήματα τα οποία ανιχνεύουν τμήματα του δικτύου τα οποία έχουν υποστεί βλάβη (ηλεκτρονόμοι και εκείνα που τα απομονώνουν (διακόπτες ισχύος. Μια τέτοια βλάβη συνίσταται συνήθως σε βραχυκύκλωμα που εκδηλώνεται άμεσα ή εξελίσσεται σταδιακά. Σε κάθε τέτοια περίπτωση το στοιχείο του συστήματος στο οποίο εντοπίζεται η βλάβη πρέπει ν απομονώνεται το ταχύτερο δυνατό, ώστε να περιοριστεί η βλάβη σ αυτό, να ελαχιστοποιηθούν οι επιπτώσεις στο υπόλοιπο σύστημα και ν αποφευχθούν καταστάσεις επικίνδυνες για την ασφάλεια προσώπων. Μερικές από τις δυσμενέστερες επιπτώσεις των σφαλμάτων στα ΣΗΕ είναι οι ακόλουθες:. Κάθε σφάλμα προκαλεί μείωση της τάσης του δικτύου που μπορεί να έχει σοβαρές συνέπειες στην τροφοδότηση των καταναλωτών.. Τα σφάλματα στο σύστημα ΥΤ ή ΥΥΤ μπορεί να προκαλέσουν προβλήματα ευστάθειας του συστήματος εφόσον δεν απομονωθούν έγκαιρα. 3. Οι υπερεντάσεις που προκαλούν τα βραχυκυκλώματα δημιουργούν σοβαρούς κινδύνους για την ασφάλεια τόσο των καταναλωτών όσο και του προσωπικού της ηλεκτρικής εταιρείας, ενώ καταπονούν θερμικά και μηχανικά τα διάφορα στοιχεία του δικτύου που τις υφίστανται. Οι βασικοί στόχοι ενός συστήματος προστασίας είναι: Να προλάβει ή να ελαχιστοποιήσει κατά το δυνατό την καταστροφή εξοπλισμού. Να ελαχιστοποιήσει τα τμήματα του δικτύου που αποσυνδέονται κατά την εκδήλωση ενός σφάλματος και τη διάρκεια της αποσύνδεσης. Να ελαχιστοποιήσει τις διαταραχές στη συχνότητα και την τάση τροφοδοσίας των καταναλωτών. Να διατηρήσει τη δυναμική ευστάθεια του συστήματος. Κατά το σχεδιασμό του συστήματος προστασίας ώστε να επιτυγχάνει τους παραπάνω στόχους πρέπει να λαμβάνεται υπ όψη το είδος του εξοπλισμού που προστατεύεται (γεννήτριες, γραμμές, Μ/Σ κ.ο.κ και η σημασία του για την ευστάθεια του συστήματος. Ο σχεδιασμός αυτός επηρεάζεται άμεσα από τη διείσδυση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στα ΣΗΕ. Σ αυτήν την περίπτωση, η εφαρμογή των βασικών αρχών της προστασίας πρέπει να συνδυάζεται με την επίλυση των προβλημάτων συνεργασίας των ΑΠΕ με τις συμβατικές πηγές ηλεκτρικής ενέργειας και τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά των εγκαταστάσεων ιδιοπαραγωγής. Το σύστημα προστασίας ενός δικτύου στο οποίο συνδέονται τέτοιες εγκαταστάσεις είναι καθοριστικός παράγοντας για την ποιότητα και την αξιοπιστία της εξυπηρέτησης των καταναλωτών. Στην εργασία αυτή μελετάται ο σχεδιασμός του συστήματος προστασίας δικτύων που περιλαμβάνουν ανεμογεννήτριες. Η προσέγγιση του θέματος αυτού γίνεται τόσο σε θεωρητικό επίπεδο, με παρουσίαση των κανονισμών που διέπουν τη διασύνδεση Α/Γδικτύου όσο και σε πρακτικό, με μελέτη και ανάλυση πραγματικών δικτύων, στα οποία επιχειρείται η εφαρμογή της αντίστοιχης θεωρίας και η εξαγωγή συμπερασμάτων για το βέλτιστο σχεδιασμό της προστασίας τους.

.Εισαγωγή. ΑΙΟΛΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ.. Γενικά Από τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, η αιολική ενέργεια είναι σήμερα η ευρύτερα αξιοποιούμενη και η μόνη με την οποία παράγεται ηλεκτρική ενέργεια σε τιμές συγκρίσιμες με των συμβατικών πηγών και σε μεγάλες σχετικά ισχείς. Η αιολική ενέργεια αξιοποιείται μέσω των ανεμογεννητριών (Α/Γ οι οποίες μετατρέπουν την κινητική ενέργεια του ανέμου σε ηλεκτρική. Οι Α/Γ αποτελούνται από τα εξής τμήματα (Σχήμα. Μηχανικό σύστημα: Είναι το σύστημα μετατροπής της κινητικής ενέργειας του ανέμου σε μηχανική. Ηλεκτρικό σύστημα: Περιλαμβάνει την ηλεκτρική γεννήτρια η οποία ανήκει σε μία από τις παρακάτω κατηγορίες: Γεννήτρια επαγωγής σταθερών στροφών Σύγχρονη γεννήτρια σταθερών στροφών Γεννήτρια επαγωγής μεταβλητών στροφών Σύγχρονη γεννήτρια μεταβλητών στροφών Στην περίπτωση των δύο τελευταίων τύπων είναι αναγκαία η παρεμβολή ενός μετατροπέα ισχύος μεταξύ της γεννήτριας και του δικτύου ή του φορτίου για να μετατρέψει και να ρυθμίσει την ηλεκτρική ισχύ κατά τέτοιο τρόπο ώστε να είναι αποδεκτή για τη διασύνδεση σ ένα δίκτυο διανομής. Σύστημα ελέγχου: Προσαρμόζει τη λειτουργία της Α/Γ στις συνθήκες ανέμου και περιλαμβάνει διατάξεις προστασίας για την αποσύνδεσή της σε περίπτωση βραχυκυκλώματος ή ασύμμετρης λειτουργίας. ΜΗΧΑΝΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ Έλεγχος διεύθυνσης άνεμος A/K Σύστημα μετάδοσης της κίνησης Tm wr Ηλεκτρική γεννήτρια Μετατροπέας Ισχύος Δίκτυο ή φορτίο (ws Ταχύτητα ανέμου Έλεγχος βήματος έλικας Ταχύτητα Τάσεις Ρεύματα Ισχείς ΣΥΣΤΗΜΑ ΕΛΕΓΧΟΥ Άνεμος Σχήμα.. Διάγραμμα κύριων τμημάτων Α/Γ Η διαθέσιμη ισχύς του ανέμου είναι ανάλογη του γινομένου της πυκνότητας του αέρα, της επιφάνειας της κινούμενης μάζας ανέμου και του κύβου της ταχύτητας του ανέμου (δηλαδή του παράγοντα ρα 3 /. Το ποσοστό της ενέργειας του ανέμου που μετατρέπεται σε μηχανική στον άξονα της ανεμογεννήτριας καθορίζεται από τον

.Εισαγωγή 3 αεροδυναμικό συντελεστή του δρομέα C p, η τιμή του οποίου δε μπορεί να υπερβεί το θεωρητικό όριο του 6%, ενώ το ποσοστό που μετατρέπεται σε ηλεκτρική ισχύ στην έξοδο εξαρτάται από την απόδοση του συστήματος μετάδοσης της κίνησης και της ηλεκτρικής γεννήτριας. Πρέπει ακόμη να σημειωθεί ότι κάτω από μια ελάχιστη τιμή της ταχύτητας ανέμου δεν είναι δυνατή η παραγωγή ενέργειας, ενώ πάνω από μια μέγιστη τιμή ταχύτητας το σύστημα πρέπει να τεθεί εκτός λειτουργίας για ν' αποφευχθούν ανεπίτρεπτες μηχανικές καταπονήσεις... Αιολικά συστήματα που περιλαμβάνουν γεννήτριες επαγωγής Στη συνέχεια της μελέτης εξετάζεται η λειτουργία Α/Γ εξοπλισμένων με γεννήτριες επαγωγής σταθερών στροφών. Η γεννήτρια επαγωγής (ή ασύγχρονη γεννήτρια είναι μια ηλεκτρική μηχανή αποτελούμενη από δύο τμήματα, το στάτη και το δρομέα. Ο δρομέας είναι κατά κανόνα τύπου κλωβού, περιλαμβάνει δηλαδή τύλιγμα το οποίο αποτελείται από χάλκινες αγώγιμες ράβδους τοποθετημένες σε αύλακες στο σιδερένιο πυρήνα του δρομέα, που βραχυκυκλώνονται στα άκρα τους με δακτυλίους. Όταν ο στάτης συνδέεται σε τριφασικό σύστημα τάσεων, δημιουργείται στο διάκενο στρεφόμενο μαγνητικό πεδίο που περιστρέφεται με τη σύγχρονη ταχύτητα. Ρεύματα επάγονται στο δρομέα από το τύλιγμα του στάτη με συχνότητα που αντιστοιχεί στη διαφορά ανάμεσα στη σύγχρονη ταχύτητα και την ταχύτητα περιστροφής του δρομέα (συχνότητα ολίσθησης. Η αλληλεπίδραση των πεδίων στάτη και δρομέα προκαλεί τη ροπή της μηχανής επαγωγής. Όταν ο δρομέας στρέφεται με ταχύτητα μεγαλύτερη της σύγχρονης, η μηχανή λειτουργεί ως γεννήτρια, ενώ κάτω από τη σύγχρονη ταχύτητα λειτουργεί ως κινητήρας και συμπεριφέρεται ως φορτίο. Το ρεύμα μαγνήτισης που απαιτείται για τη δημιουργία μαγνητικού πεδίου στο διάκενο μεταξύ δρομέα και στάτη παρέχεται από εξωτερική πηγή. Χωρίς αυτήν την πηγή, η γεννήτρια επαγωγής δε μπορεί να παράγει ηλεκτρική ενέργεια και πρέπει να λειτουργεί παράλληλα με το δίκτυο, με μια σύγχρονη μηχανή ή με πυκνωτή που αντισταθμίζει τις απαιτήσεις της σε άεργο ισχύ. Οι γεννήτριες επαγωγής χρησιμοποιούνται ευρέως σε συστήματα μετατροπής αιολικής ενέργειας μικρού και μέσου μεγέθους. Τα πλεονεκτήματά τους, σε σχέση με τα άλλα είδη μηχανών που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν γι αυτό το σκοπό είναι:. Η απλότητα της κατασκευής, οι μικρές ανάγκες συντήρησης και η υψηλή αξιοπιστία τους.. Το χαμηλό κόστος, αφού είναι σχεδόν αποκλειστικά τύπου κλωβού. Παρουσιάζουν ωστόσο και τα ακόλουθα μειονεκτήματα:. Λόγω της πρακτικά σταθερής ταχύτητας περιστροφής της γεννήτριας επαγωγής (η μέγιστη ολίσθηση είναι της τάξης του % η βέλτιστη απόδοση της Α/Γ περιορίζεται σε μικρό εύρος τιμών ταχύτητας ανέμου.. Ανάγκη χρήσης διατάξεων ομαλής εκκίνησης (soft starters για να αποφευχθούν τα μεταβατικά φαινόμενα ρεύματος και ροπής που εμφανίζονται στην απ ευθείας εκκίνηση. 3. Κατανάλωση αέργου ισχύος κατά την κανονική λειτουργία. Για παραγωγή ισχύος από kw έως kw χρησιμοποιούνται μονοφασικές γεννήτριες επαγωγής ενώ για ισχείς από kw και πάνω χρησιμοποιούνται τριφασικές γεννήτριες [9].

.Εισαγωγή 4.3 ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΑΠΟ ΤΗ ΣΥΝΔΕΣΗ Α/Γ ΣΤΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΔΙΚΤΥΟ Η λειτουργία των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας επηρεάζεται άμεσα από την προσθήκη μονάδων ιδιοπαραγωγής (όπως είναι μια Α/Γ ή ένα αιολικό πάρκο. Στη συνέχεια παρουσιάζονται οι σημαντικότερες επιπτώσεις της παράλληλης λειτουργίας των Α/Γ στο δίκτυο, με ιδιαίτερη έμφαση στο σχεδιασμό της προστασίας του συστήματος στο οποίο συνδέονται, ο οποίος και αποτελεί το αντικείμενο της μελέτης που ακολουθεί..3. Επιπτώσεις στο δίκτυο. Σχεδιασμός προστασίας συστήματος: Προκειμένου να αποσυνδεθεί ένα σύστημα Α/Γ από το δίκτυο όταν λειτουργεί απομονωμένα ή όταν συμβαίνει κάποιο σφάλμα, η διασύνδεση Α/Γ- δικτύου πρέπει να επιβλέπεται σε συνεχή βάση από διακόπτες προστασίας. Η συνεισφορά των Α/Γ σε σφάλματα του δικτύου πρέπει να ληφθεί σοβαρά υπόψη. Το επιπρόσθετο ρεύμα σφάλματος που τροφοδοτούν μπορεί να οδηγήσει σε υπέρβαση των ονομαστικών ρευμάτων διακοπής των διακοπτών και να οδηγήσει σε διάφορα ανεπιθύμητα αποτελέσματα. Για παράδειγμα, στο σύστημα του Σχήματος.5, όταν εκδηλώνεται σφάλμα στην αρχή της γραμμής (Α, θα τροφοδοτηθεί από την Α/Γ οδηγώντας έτσι σε πιθανή ανεπιθύμητη λειτουργία του διακόπτη που βρίσκεται στην αρχή της γραμμής (Β. Επιπλέον, η συνεργασία των συσκευών του συστήματος προστασίας θα επηρεαστεί από την προσθήκη κάποιου ρεύματος σφάλματος που δε συνυπολογίστηκε όταν κατασκευάστηκε το κύκλωμα. Βασικά, η εγκατάσταση Α/Γ δεν πρέπει να υποβιβάζει την προστασία του κυκλώματος ή την ποιότητα εξυπηρέτησης των καταναλωτών. Αυτό σημαίνει ότι η εγκατάσταση Α/Γ πρέπει να συνοδευτεί από πρόσθετο εξοπλισμό και διορθωτικά μέτρα. Οι απαιτήσεις προστασίας της διασύνδεσης Α/Γ - δικτύου παρουσιάζονται διεξοδικά στο Κεφάλαιο.. Απομονωμένη λειτουργία (Islanding : Σε ορισμένες περιπτώσεις, η γεννήτρια επαγωγής μπορεί να συνεχίζει να παράγει ηλεκτρική ενέργεια όταν αποσυνδέεται από το δίκτυο. Κάτι τέτοιο μπορεί να προκληθεί από την αυτόματη λειτουργία διακοπτών η οποία απαιτείται για να απομονωθεί κάποιο σφάλμα σ ένα άλλο τμήμα του δικτύου (π. χ. στο σύστημα του Σχήματος. μετά το άνοιγμα του διακόπτη που βρίσκεται στην αρχή της γραμμής (Β το φορτίο θα τροφοδοτείται μόνο από την Α/Γ. Αυτό το φαινόμενο, γνωστό ως αυτοδιέγερση, μπορεί να εμφανιστεί όταν η παράλληλα συνδεδεμένη με τη γεννήτρια χωρητικότητα είναι αρκετή για να τη διεγείρει (σε συνδυασμό με τα χαρακτηριστικά του τοπικού φορτίου. Η εξωτερική αυτή χωρητικότητα μπορεί να αποτελεί είτε μέρος του συστήματος ιδιοπαραγωγής ή χωρητικότητα καλωδίων ή να αποτελείται από πυκνωτές διόρθωσης του συντελεστή ισχύος που εγκαθίστανται στο σημείο σύνδεσης του συστήματος ιδιοπαραγωγής με το δίκτυο. Μια τέτοια πιθανότητα εμφανίζει σοβαρούς κινδύνους για την ποιότητα της εξυπηρέτησης σ' αυτό κατά τη διάρκεια της απομονωμένης λειτουργίας. Η ηλεκτρική εταιρεία διατηρεί καθορισμένα όρια διακύμανσης τάσης, απότομων μεταβολών τάσης (flicker, συχνότητας και αρμονικής παραμόρφωσης παρέχοντας παράλληλα κατάλληλη προστασία του ηλεκτρικού συστήματος από βραχυκυκλώματα. Η ευθύνη για την ποιότητα της εξυπηρέτησης δε μπορεί να αποδοθεί στους ιδιοπαραγωγούς: αυτό σημαίνει ότι η ηλεκτρική εταιρεία δε θα επιτρέψει στο σύστημα ιδιοπαραγωγής να εξυπηρετήσει φορτία όταν δε λειτουργεί παράλληλα με το σύστημα.

.Εισαγωγή 5 Σύστημα Παραγωγής & Μεταφοράς Υποσταθμός ΥΤ/ΜΤ Δίκτυο ΜΤ Υποσταθμός ΜΤ/ΧΤ Δίκτυο ΧΤ 5 (A (B,4 τοπικό φορτίο Α/Γ Σχήμα.. Ενδεικτικό δίκτυο διανομής με συνδεδεμένη Α/Γ 3. Ασφάλεια προσώπων: Οι εγκαταστάσεις διασύνδεσης Α/Γ - δικτύου στο δίκτυο μεταφοράς και διανομής μιας ηλεκτρικής εταιρείας θέτουν μια σειρά ζητημάτων που αφορούν στην ασφάλεια του προσωπικού που είναι υπεύθυνο για τη συντήρηση του δικτύου. Οι Α/Γ μπορεί (κατά τη διάρκεια απομονωμένης λειτουργίας να ενεργοποιούν τμήματα του δικτύου που έχουν αποσυνδεθεί για επιδιόρθωση και συντήρηση ή λόγω της αυτόματης λειτουργίας των διακοπτών προστασίας. Επιπλέον, παρουσιάζονται κίνδυνοι στην ασφάλεια των ατόμων που χειρίζονται και συντηρούν τις Α/Γ και του κοινού γενικότερα. 4. Ποιότητα ισχύος: Οι μονάδες μετατροπής αιολικής ενέργειας ενδέχεται να επηρεάσουν την ποιότητα της εξυπηρέτησης στους υπόλοιπους καταναλωτές του δικτύου. Ειδικότερα, μπορεί να οδηγήσουν σε ανεπιθύμητες διακοπές ή διακυμάνσεις τάσης ή να προκαλέσουν αρμονική παραμόρφωση στις κυματομορφές τάσης με την έγχυση αρμονικών..3. Επιπτώσεις στην Α/Γ. Λειτουργία υπό ασύμμετρες ή μεταβατικές συνθήκες: Τα βραχυκυκλώματα που εκδηλώνονται στο δίκτυο διανομής οδηγούν στην ανάπτυξη μεγάλων μεταβατικών ροπών και υπερεντάσεων στις Α/Γ, οι οποίες ενδέχεται να καταπονήσουν το μηχανικό και το ηλεκτρικό τους σύστημα και να μειώσουν τη διάρκεια ζωής των εξαρτημάτων τους. Είναι συνεπώς αναγκαία η άμεση αποσύνδεσή τους από το δίκτυο, κυρίως σε περιπτώσεις μόνιμων σφαλμάτων.. Επανασύνδεση στο δίκτυο: Οι μηχανές επαγωγής που αποσυνδέονται από το δίκτυο (λόγω της λειτουργίας ενός διακόπτη που απομονώνει κάποιο σφάλμα σε άλλο σημείο του δικτύου τείνουν να επιταχυνθούν ή να επιβραδυνθούν, ανάλογα με το φορτίο που παραμένει συνδεδεμένο στη μηχανή. Αυτό οδηγεί σε αλλαγή του πλάτους της τάσης και της φασικής γωνίας της απομονωμένης μονάδας σε σχέση με την τάση του δικτύου. Αν το μέσο απόζευξης μεταξύ γεννήτριας και δικτύου πραγματοποιήσει επαναφορά όταν το πλάτος της τάσης στα άκρα του υπερβεί μια ορισμένη τιμή, θα προκαλέσει μεγάλες καταπονήσεις στο μηχανικό μέρος και στα τυλίγματα της γεννήτριας. Στις περισσότερες περιπτώσεις πρέπει ν αποφεύγεται η επανασύνδεση της μηχανής στο δίκτυο, ιδιαίτερα αν έχει εμφανιστεί αυτοδιέγερση..4 Περιεχόμενα της εργασίας

.Εισαγωγή 6 Η παρούσα εργασία χωρίζεται στα παρακάτω κεφάλαια: Στο Κεφάλαιο παρουσιάζονται οι βασικές αρχές του σχεδιασμού προστασίας ενός συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας. Παράλληλα, περιγράφονται τα στοιχεία που αποτελούν ένα σύστημα προστασίας και ο τρόπος λειτουργίας τους. Στη συνέχεια παρατίθενται οι κανονισμοί και οι τεχνικές προδιαγραφές που αφορούν στην προστασία συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας που περιλαμβάνουν ιδιοπαραγωγούς. Στο Κεφάλαιο 3 γίνεται μια συνοπτική παρουσίαση του προγράμματος δυναμικής προσομοίωσης, το οποίο χρησιμοποιείται στις εφαρμογές των επόμενων κεφαλαίων. Επιπλέον, παρατίθενται τα αρχεία εισόδου και βάσης δεδομένων του προγράμματος με σύντομη επεξήγηση των στοιχείων που εισάγονται σε αυτά. Στο Κεφάλαιο 4 παρουσιάζεται μία εφαρμογή διαμόρφωσης προστασιών σ ένα σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας που περιλαμβάνει ανεμογεννήτριες. Μετά από μελέτη της διαμόρφωσης του συστήματος και των κανονισμών που παρουσιάζονται στο Κεφάλαιο επιλέγεται το καταλληλότερο σχήμα προστασίας. Για τη ρύθμιση των διακοπτών προστασίας εξετάζονται όλες οι περιπτώσεις συμμετρικών και ασύμμετρων βραχυκυκλωμάτων σε κατάλληλα σημεία του δικτύου. Η μελέτη των βραχυκυκλωμάτων γίνεται με τη χρήση του κώδικα δυναμικής προσομοίωσης και με υπολογισμούς με τη μέθοδο των συμμετρικών συνιστωσών, έτσι ώστε να διερευνηθεί η συμπεριφορά του συστήματος υπό μεταβατικές συνθήκες. Τέλος, με εισαγωγή των επιλεγμένων ρυθμίσεων των διακοπτών στα αρχεία εισόδου και βάσης δεδομένων του προγράμματος προσομοιώνεται η λειτουργία του συστήματος σε όλες τις περιπτώσεις βραχυκυκλωμάτων που εξετάζονται στην αρχή του κεφαλαίου, για να διαπιστωθεί η επάρκεια του προτεινόμενου σχήματος και η καταλληλότητα των ρυθμίσεων. Στο Κεφάλαιο 5 εξετάζεται άλλη μια περίπτωση πραγματικού δικτύου το οποίο περιλαμβάνει ανεμογεννήτριες. Πρόκειται για το αιολικό πάρκο του Λαυρίου το οποίο αποτελείται από 5 Α/Γ συνολικής ισχύος περίπου 3 MW. Για την επιλογή και τον έλεγχο του σχήματος προστασίας του δικτύου χρησιμοποιείται η ίδια μέθοδος με αυτή που ακολουθείται στο σύστημα του Κεφαλαίου 4. Στο Κεφάλαιο 6 παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν από τη μελέτη των δικτύων των προηγούμενων κεφαλαίων και τη σύγκριση της λειτουργίας των σχημάτων προστασίας τους. Ακολουθεί το Παράρτημα, στο οποίο παρουσιάζεται ο τρόπος επεξεργασίας των δεδομένων εξόδου του προγράμματος δυναμικής προσομοίωσης για την κατασκευή των διαγραμμάτων που εμφανίζονται στις εφαρμογές των Κεφαλαίων 4 και 5. Η εργασία κλείνει με μια αναφορά στη βιβλιογραφία που χρησιμοποιήθηκε.

Σχεδιασμός προστασίας ΣΗΕ-Κανονισμοί 7.ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΣΗΕ-ΚΑΝΟΝΙΣΜΟΙ. ΦΙΛΟΣΟΦΙΑ ΚΑΙ ΒΑΣΙΚΕΣ ΑΡΧΕΣ ΤΗΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ ΕΝΟΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Βασική φιλοσοφία του σχεδιασμού κάθε συστήματος προστασίας πρέπει να είναι η κατά το δυνατό ταχύτερη ανίχνευση και απομόνωση όλων των στοιχείων στα οποία εκδηλώνεται βλάβη οφειλόμενη σε εξωτερικό ή εσωτερικό αίτιο, ελαχιστοποιώντας τις αρνητικές επιπτώσεις στο υπόλοιπο του ηλεκτρικού συστήματος. Η επίτευξη αυτού του στόχου προϋποθέτει ότι το σύστημα προστασίας είναι: α αξιόπιστο, δηλαδή λειτουργεί όταν απαιτείται β ασφαλές, δηλαδή δε λειτουργεί άσκοπα γ επιλεκτικό, δηλαδή λειτουργεί μόνο ο ελάχιστος αριθμός συσκευών και δ γρήγορο, δηλαδή ελαχιστοποιεί τους κινδύνους για το προσωπικό και τις βλάβες του εξοπλισμού. Επιπλέον, πρέπει να υπάρχει εφεδρική προστασία (προστασία ης βαθμίδας-back-up protection ώστε να εκκαθαρίζει κάθε σφάλμα σε περίπτωση βλάβης του προστατευτικού εξοπλισμού στο κυρίως σύστημα προστασίας (προστασία ης βαθμίδας. Αυτά τα χαρακτηριστικά μπορούν να επιτευχθούν με την κατάλληλη σχεδίαση του ηλεκτρικού συστήματος και των σχημάτων προστασίας... Ζώνες προστασίας Κάθε ηλεκτρικό σύστημα μπορεί να διαιρεθεί σε ξεχωριστά τμήματα ή ζώνες ανάλογα με την τοποθέτηση των συσκευών διακοπής. Κάθε ζώνη αποτελείται από ένα μικρό αριθμό στοιχείων και περιλαμβάνει συσκευές ανίχνευσης σφαλμάτων στα σύνορά της. Με κατάλληλη εφαρμογή των συσκευών ανίχνευσης και των προστατευτικών διακοπτών, είναι δυνατό να ανιχνευτούν σφάλματα εντός της ζώνης και να περιοριστεί η λειτουργία των συσκευών διακοπής σ εκείνες που απαιτούνται για ν απομονώσουν το στοιχείο στο οποίο εκδηλώνεται σφάλμα. Για να διασφαλιστεί η σωστή ανίχνευση και εκκαθάριση σφαλμάτων που εκδηλώνονται στα σύνορα, οι ζώνες συνήθως αλληλεπικαλύπτονται. Κάτι τέτοιο επιτυγχάνεται με τον τρόπο σύνδεσης των συσκευών ανίχνευσης και των διακοπτών προστασίας στους μετασχηματιστές ρεύματος. Συνήθως οι μετασχηματιστές ρεύματος βρίσκονται και στις δύο πλευρές της συσκευής διακοπής, μπορεί ωστόσο να βρίσκονται μόνο στη μία. Στην περίπτωση αυτή, η συσκευή διακοπής ανήκει σε μία μόνο από τις ζώνες προστασίας. Η σχετική θέση των μετασχηματιστών ρεύματος και των συσκευών διακοπής πρέπει να μελετάται προσεκτικά όταν σχεδιάζεται το σύστημα προστασίας. Ένα παράδειγμα διαίρεσης ενός ΣΗΕ σε ζώνες προστασίας φαίνεται στο Σχήμα.. Στην περίπτωση που χρησιμοποιούνται ασφάλειες, η μεταξύ τους συνεργασία επιτυγχάνεται με την κατάλληλη επιλογή των ονομαστικών μεγεθών τους.

Σχεδιασμός προστασίας ΣΗΕ-Κανονισμοί 8.. Βαθμίδες προστασίας Σχήμα.. Ζώνες προστασίας Ο σχεδιασμός ενός συστήματος προστασίας πρέπει να επιτρέπει βλάβες και περιοδική συντήρηση των συσκευών διακοπής και των διακοπτών προστασίας. Οι απαιτήσεις της εξυπηρέτησης υπαγορεύουν κατά πόσο απαιτείται προστασία ης βαθμίδας ή διπλή προστασία ης βαθμίδας. Η προστασία ης βαθμίδας, ειδικά αν βρίσκεται στην επόμενη ζώνη (remote backup, είναι γενικά πιο αργή, αφού πρέπει να αφήνει χρόνο για να λειτουργήσει η η βαθμίδα. Επιπλέον μπορεί να προκαλέσει διακοπή σε μεγαλύτερο τμήμα του συστήματος τροφοδότησης. Η διπλή προστασία ης βαθμίδας πρέπει να περιλαμβάνει ανεξάρτητες συσκευές ανίχνευσης, κυκλώματα ελέγχου και διακόπτες προστασίας...3 Δεδομένα σφαλμάτων Τα συστήματα προστασίας μετρούν ρεύμα, τάση ή συνδυασμό και των δύο κατά τις συνθήκες σφάλματος. Το πλάτος του ρεύματος σφάλματος και η σχετική αλλαγή στην τάση ποικίλλουν ανάλογα με τον τύπο και τη θέση του σφάλματος σε σχέση με τις συσκευές ανίχνευσης. Κατά συνέπεια, προτείνεται μια μελέτη των τύπων σφαλμάτων που μπορεί να εκδηλωθούν, έτσι ώστε να διασφαλιστεί ότι το σύστημα προστασίας μπορεί να ανιχνεύσει και να απομονώσει τα εσφαλμένα τμήματα του ηλεκτρικού συστήματος. Οι τύποι των σφαλμάτων που πρέπει να ληφθούν υπόψη είναι: α τριφασικό σφάλμα β διφασικό σφάλμα γ διφασικό προς γη σφάλμα δ μονοφασικό προς γη σφάλμα

Σχεδιασμός προστασίας ΣΗΕ-Κανονισμοί 9 Πρέπει να επισημανθεί μια σημαντική διάκριση μεταξύ του κανονικού ρεύματος φορτίου, του ρεύματος υπερφόρτισης και του ρεύματος σφάλματος. Στις περισσότερες περιπτώσεις, το ρεύμα σφάλματος υπερβαίνει το κανονικό ρεύμα φορτίου κατά παράγοντα ίσο ή μεγαλύτερο του. Ωστόσο, πρέπει να ληφθούν υπόψη περιπτώσεις όπου το ρεύμα φορτίου είναι μεγαλύτερο από το ρεύμα σφάλματος. Ένα αξιοσημείωτο παράδειγμα είναι αυτό του ρεύματος σφάλματος προς γη που μπορεί να είναι μικρότερο από το πλάτος του κανονικού ρεύματος φορτίου. Γι αυτήν την περίπτωση συνίσταται η χρήση ηλεκτρονόμων γης. Οι συσκευές ανίχνευσης υπερέντασης φάσεων δεν πρέπει να ανταποκρίνονται στο μέγιστο ρεύμα φορτίου. Παροδικές υπερφορτίσεις, όπως το ρεύμα εκκίνησης κινητήρων και η μέγιστη φόρτιση του κυκλώματος πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά την επιλογή και ρύθμιση των προστατευτικών μέσων...4 Μελέτες συστήματος Η μελέτη μεταβατικών καταστάσεων του ηλεκτρικού συστήματος στοχεύει στην παροχή πληροφοριών, τόσο στην ηλεκτρική εταιρεία όσο και στους καταναλωτές που συνδέονται στο δίκτυό της. Οι δύο μελέτες που κατά κανόνα πρέπει να εκτελεστούν για να προσδιορίσουν τις απαιτήσεις για το σχεδιασμό του συστήματος προστασίας είναι η μελέτη βραχυκυκλωμάτων και η μελέτη ευστάθειας. Αυτές οι μελέτες παρέχουν το πλάτος του ρεύματος σφάλματος, τον απαιτούμενο χρόνο εκκαθάρισης, άλλα δεδομένα αναγκαία για την επιλογή του εξοπλισμού (μετασχηματιστές ρεύματος, συσκευές διακοπής, Η/Ν και δεδομένα που απαιτούνται για τον υπολογισμό των ρυθμίσεων του εξοπλισμού αυτού. Μελέτη βραχυκυκλώματος : Είναι αναγκαία για την ηλεκτρική εταιρεία και τον καταναλωτή σε όλες τις εφαρμογές προστασίας. Η εταιρεία πρέπει να ενημερώσει τον καταναλωτή για το μέγιστο και ελάχιστο τριφασικό και μονοφασικό προς γη ρεύμα (και τους σχετικούς λόγους X/R στο σημείο σύνδεσής του. Από την πλευρά του καταναλωτή, πρέπει να υπολογιστεί η συνεισφορά της ιδιοπαραγωγής του στο βραχυκύκλωμα. Μελέτη ευστάθειας : Πριν τη μελέτη αυτή πρέπει να προηγηθεί η μελέτη ροής φορτίου, η οποία επιβάλλεται όταν υπάρχουν πολλαπλές συνδέσεις μεταξύ εταιρείας και καταναλωτή. Κατά κανόνα, η εταιρεία πραγματοποιεί μελέτη ευστάθειας, στην οποία λαμβάνονται υπόψη τα δυναμικά χαρακτηριστικά, όταν συμβαίνουν σημαντικές αλλαγές στη διαμόρφωση των επιπέδων παραγωγής ή του συστήματος μεταφοράς. Η σύνδεση μιας εγκατάστασης καταναλωτή με αξιοσημείωτη ιδιοπαραγωγή ή φορτίο μπορεί να δικαιολογήσει μελέτη ευστάθειας της νέας διαμόρφωσης του ηλεκτρικού συστήματος. Ένας καταναλωτής ο οποίος προσθέτει μεγάλη γεννήτρια ή σύγχρονους κινητήρες μπορεί να χρειαστεί να εκπονήσει τη δική του μελέτη ευστάθειας. Κατά τη σύνδεση κάποιου καταναλωτή στο δίκτυο μπορεί να απαιτηθεί η πραγματοποίηση και άλλου είδους μελετών. Η ηλεκτρική εταιρεία ενδέχεται να πραγματοποιήσει μελέτες ροών φορτίου για να προσδιορίσει την καλύτερη μέθοδο τροφοδοσίας και για να διαπιστώσει τις επιφερόμενες μεταβολές στο δίκτυο και τις πρακτικές ζεύξης που απαιτούνται κατά τη σύνδεση ενός μεγάλου καταναλωτή στο δίκτυο. Σε ορισμένες περιπτώσεις, απαιτείται ανάλυση μεταβατικών καταστάσεων για να διευκρινίσει το αντίκτυπο μιας μεταβολής στην ακολουθία των διακοπτών (κατά την ενεργοποίηση ή επαναφορά μιας γραμμής μεταφοράς ή ενός μετασχηματιστή, ή εξαιτίας της εγκατάστασης μιας συστοιχίας πυκνωτών ή πηνίων. Η χρήση Η/Ν υποσυχνότητας (σαν προστατευτικά μέσα γεννητριών ή κινητήρων

Σχεδιασμός προστασίας ΣΗΕ-Κανονισμοί ίσως απαιτήσει τον καθορισμό της απόκλισης και της αλλοίωσης που σχετίζεται με συγκεκριμένες διαταραχές του συστήματος. Ακόμη και αν οι παραπάνω μελέτες εκτελεστούν κατά τη στιγμή της διασύνδεσης ηλεκτρικής εταιρείας-καταναλωτή, η βάση δεδομένων που χρησιμοποιείται για τις μελέτες σχεδιασμού και λειτουργίας πρέπει να ανανεώνεται όταν συνδέονται νέες εγκαταστάσεις, προκειμένου να ληφθεί υπόψη το σωρευτικό αποτέλεσμα σε περαιτέρω μελέτες. Τα στοιχειώδη δεδομένα που απαιτούνται για την εκτέλεση των μελετών ενός συστήματος ηλεκτρικής ενέργειας είναι οι τιμές των συνθέτων αντιστάσεων θετικής, αρνητικής και μηδενικής ακολουθίας κάθε στοιχείου του συστήματος, συμπεριλαμβανομένων των γεννητριών, μετασχηματιστών, κινητήρων, καλωδίων και γραμμών. Για τις γεννήτριες και τους σύγχρονους κινητήρες απαιτούνται επιπλέον οι μεταβατικές και υπομεταβατικές αντιδράσεις. Η πιο συνηθισμένη μέθοδος παρουσίασης των απαιτούμενων αυτών δεδομένων είναι οι ανά μονάδα ή οι επί τοις εκατό τιμές.. ΣΥΝΤΟΜΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΠΟΥ ΠΕΡΙΛΑΜΒΑΝΕΙ ΕΝΑ ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑΣ Ένα σύστημα προστασίας αποτελείται κατά κύριο λόγο από δύο είδη συσκευών: τους ηλεκτρονόμους (relays που ανιχνεύουν με διάφορους τρόπους την εμφάνιση των σφαλμάτων και τους διακόπτες που δέχονται τις εντολές των ηλεκτρονόμων και ανοίγουν για να απομονώσουν το εσφαλμένο τμήμα. Μέσα προστασίας είναι και οι ασφάλειες, οι οποίες έχουν τη δυνατότητα να ανιχνεύουν και να διακόπτουν υπερεντάσεις ταυτόχρονα. Οι συσκευές προστασίας ανταποκρίνονται σε μη ομαλές καταστάσεις όπως είναι οι αλλαγές στα επίπεδα τάσης ή ρεύματος, η ροή ρεύματος σε μία ή περισσότερες φάσεις ή η αλλαγή στη συχνότητα του συστήματος. Οι περισσότερες συσκευές παρακολουθούν αυτές τις παραμέτρους μέσω μετασχηματιστών τάσης ή ρεύματος. Αυτοί οι Μ/Σ ποικίλλουν ανάλογα με την τάση πρωτεύοντος, την τιμή του ρεύματος πρωτεύοντος, τις απαιτήσεις λειτουργίας σε εσωτερικό ή εξωτερικό χώρο και τις απαιτήσεις ακρίβειας. Το είδος του Μ/Σ που επιλέγεται να τοποθετηθεί υπαγορεύεται από τις απαιτήσεις προστασίας στο εκάστοτε σημείο του δικτύου: αν, για παράδειγμα, πρέπει να μετράται η τάση στην πλευρά υψηλής τάσης ενός Μ/Σ ισχύος, απαιτείται η σύνδεση ενός ή πολλών Μ/Σ τάσης στο σημείο αυτό. Η περιγραφή που ακολουθεί χωρίζεται σε τρία μέρη: στο πρώτο παρουσιάζονται οι τύποι μετασχηματιστών, στο δεύτερο οι τύποι ηλεκτρονόμων και στο τρίτο οι τύποι διακοπτών που χρησιμοποιούνται σ ένα σύστημα προστασίας, [, ]... Τύποι μετασχηματιστών. Μετασχηματιστές Ρεύματος (Current Transformers ct Κατά την τοποθέτησή τους λαμβάνονται υπόψη τέσσερις βασικοί παράγοντες: Ονομαστική τάση: Η τιμή τάσης εκφράζεται σε πολική τάση του κυκλώματος στο οποίο συνδέεται. (π.χ. σε σύστημα 3, ή 3,8 συνδέεται Μ/Σ 5 ανεξάρτητα από το αν ο ουδέτερος είναι γειωμένος ή όχι Οι τιμές αυτές αναφέρονται σε δίκτυα της Αμερικής (έχουν ληφθεί από την αναφορά []

Σχεδιασμός προστασίας ΣΗΕ-Κανονισμοί Λόγος ρεύματος: Ο λόγος του Μ/Σ ρεύματος καθορίζει το θερμικό του όριο καθώς και το λόγο κατά τον οποίο πρέπει να μειωθεί το πρωτεύον ρεύμα. (π.χ. ένας Μ/Σ /5 διαρρέεται ιδανικά από Α στο πρωτεύον και 5 Α στο δευτερεύον, που είναι και η συνηθέστερη τιμή για τους Μ/Σ ρεύματος Κλάση ακριβείας: Πρόκειται για το μέτρο του μεγέθους της σύνθετης αντίστασης που μπορεί να συνδεθεί σε σειρά με το δευτερεύον τύλιγμα του Μ/Σ ρεύματος χωρίς να πραγματοποιηθεί υπέρβαση στα όρια σφάλματος στο λόγο του. (π.χ. ένας Μ/Σ κλάσης C μπορεί να συνδεθεί σε σειρά με αντίσταση Ω χωρίς να υπερβεί το % σφάλματος Τοποθέτηση σε εξωτερικό ή εσωτερικό χώρο: Ένας Μ/Σ εξωτερικού χώρου χρειάζεται καλύτερη μόνωση ώστε να αποφευχθεί ηλεκτρική εκκένωση κατά τη διάρκεια βροχής ή άλλων δυσμενών καιρικών συνθηκών.. Μετασχηματιστές Τάσης (oltage Transformers vt O λόγος τάσης είναι ο παράγοντας κλειδί κατά την επιλογή Μ/Σ τάσης. Ο Μ/Σ χαρακτηρίζεται επίσης από την κλάση ακριβείας του. Όταν ένας Μ/Σ εγκαθίσταται για να τροφοδοτήσει τόσο Η/Ν προστασίας όσο και συσκευές μέτρησης, οι τελευταίες προσδιορίζουν την κλάση ακριβείας του Μ/Σ... Τύποι ηλεκτρονόμων. Ηλεκτρονόμοι υπερέντασης (Overcurrent Relays Oι ηλεκτρονόμοι αυτοί μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την προστασία γραμμών, μετασχηματιστών και ζυγών. Η λειτουργία τους χαρακτηρίζεται από την τιμή της έντασης διέγερσής τους και το χρόνο της καθυστέρησης λειτουργίας τους. Έτσι, οι Η/Ν υπερέντασης διακρίνονται σε δύο βασικές κατηγορίες: α τους Η/Ν Στιγμιαίας Λειτουργίας-ΣΛ (instantaneous overcurrent relays οι οποίοι λειτουργούν αμέσως μόλις το πλάτος του ρεύματος υπερβεί το όριο διέγερσής τους β τους Η/Ν Χρονικής Καθυστέρησης-ΧΚ (time overcurrent relays η λειτουργία των οποίων ρυθμίζεται με κάποια χρονική καθυστέρηση. Η μορφή της καμπύλης χρόνου-εντάσεως χαρακτηρίζει τους Η/Ν χρονικής καθυστέρησης, διαιρώντας τους στις εξής υποκατηγορίες: Σταθερού χρόνου στους οποίους η χρονική καθυστέρηση είναι σταθερή και ανεξάρτητη από το πλάτος του ρεύματος Αντιστρόφου χρόνου (inverse time στους οποίους η χρονική καθυστέρηση (t μεταβάλλεται αντιστρόφως ανάλογα με το πλάτος της υπερέντασης (I, συνδέεται δε με αυτό με τη Σχέση. t k I I p (. όπου Εννοείται ότι το άθροισμα της αντίστασης του δευτερεύοντος τυλίγματος και της σύνθετης αντίστασης του διακόπτη προστασίας δεν πρέπει να ξεπερνά το Ω.

Σχεδιασμός προστασίας ΣΗΕ-Κανονισμοί α, k : χαρακτηριστικές σταθερές του Η/Ν Ι p : ένταση ρύθμισης του Η/Ν Η τιμή του α καθορίζει τη μορφή της καμπύλης t-i, χαρακτηρίζoντας τον Η/Ν χρονικής καθυστέρησης ως : (Α αντιστρόφου χρόνου (inverse time για α<,5 (B λίαν αντιστρόφου χρόνου (very inverse time για,5<α<,5 (C εξαιρετικά αντιστρόφου χρόνου (extremely inverse time για α>,5 Μερικές τυπικές καμπύλες χρόνου έντασης των παραπάνω τύπων Η/Ν χρονικής καθυστέρησης φαίνονται στο Σχήμα.. (A (ΣΛ (B - (C 3 4 5 6 7 8 9 I/Ip Σχήμα.. Χαρακτηριστικές χρόνου-έντασης Η/Ν υπερέντασης Στο Σχήμα. φαίνεται πως ο χρόνος λειτουργίας των Η/Ν ποικίλλει ανάλογα με το πλάτος του ρεύματος σφάλματος. Το Σχήμα.3 καθιστά προφανές το πλεονέκτημα που παρουσιάζουν οι Η/Ν αντιστρόφου χρόνου και στιγμιαίας λειτουργίας έναντι των Η/Ν σταθερού χρόνου. Και οι τρεις τύποι Η/Ν πρέπει πάντως να ρυθμιστούν με αρκετή καθυστέρηση για να αποφευχθεί ενδεχόμενη μη αναγκαία ανταπόκριση σε στιγμιαίες τιμές ρεύματος που βρίσκονται εντός των ορίων λειτουργίας τους. Αυτές οι μεταβατικές εντάσεις καταλαμβάνουν συνήθως το αριστερό κάτω μέρος του διαγράμματος έντασης-χρόνου και, παρότι ποικίλλουν σε πλάτος και σε διάρκεια εμφάνισης, περιορίζονται κατά κανόνα στη ζώνη που φαίνεται στο σχήμα. Τα χαρακτηριστικά ανταπόκρισης του Η/Ν πρέπει να βρίσκονται πάνω και δεξιά από αυτήν τη ζώνη έτσι ώστε να αποφεύγεται ανεπιθύμητη διακοπή. Τόσο οι Η/Ν σταθερού όσο και οι Η/Ν μεταβλητού χρόνου συνεργάζονται μ αυτήν τη ζώνη,

Σχεδιασμός προστασίας ΣΗΕ-Κανονισμοί 3 ωστόσο οι δεύτεροι παρέχουν καλύτερη προστασία για όλα σχεδόν τα σφάλματα προστασία που μπορεί να βελτιωθεί περαιτέρω με τη χρήση Η/Ν στιγμιαίας λειτουργίας. Η/Ν ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΟΥ ΧΡΟΝΟΥ Η/Ν ΣΤΑΘΕΡΟΥ ΧΡΟΝΟΥ ΚΡΙΣΙΜΟ ΕΠΙΠΕΔΟ ΣΦΑΛΜΑΤΟΣ ΒΕΛΤΙΩΜΕΝΗ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ Η/Ν ΑΝΤΙΣΤΡΟΦΟΥ ΧΡΟΝΟΥ Η/Ν ΣΤΙΓΜΙΑΙΑΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΜΕΤΑΒΑΤΙΚΕΣ ΥΠΕΡΕΝΤΑΣΕΙΣ ΕΝΤΑΣΗ ΡΕΥΜΑΤΟΣ ΕΝΤΑΣΗ ΔΙΕΓΕΡΣΗΣ Η/Ν ΕΝΤΑΣΗ ΔΙΕΓΕΡΣΗΣ Η/Ν ΣΤΙΓΜΙΑΙΑΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ Σχήμα.3. Σύγκριση της προστασίας με χρήση Η/Ν υπερέντασης σταθερού και μεταβλητού χρόνου Η λειτουργία των Η/Ν υπερέντασης επηρεάζεται από μεταβολή στα επίπεδα του ρεύματος σφάλματος, οφειλόμενη στον τύπο του σφάλματος ή σε αλλαγές στη διαμόρφωση του συστήματος. Εάν απαιτείται βελτιωμένη ταχύτητα λειτουργίας και επιλογική συνεργασία με άλλα συστήματα προστασίας είναι προτιμότερη η χρήση περισσότερο περίπλοκων σχημάτων προστασίας.. Ηλεκτρονόμοι υπερέντασης-κατεύθυνσης (Directional Overcurrent Relays Η λειτουργία τους εξαρτάται όχι μόνο από το πλάτος αλλά και από τη σχετική διεύθυνση του ρεύματος στο κύκλωμα. Προκύπτουν από το συνδυασμό ενός απλού ηλεκτρονόμου υπερέντασης και ενός στοιχείου κατεύθυνσης. Το στοιχείο κατεύθυνσης αναγνωρίζει την αλλαγή στη φορά μιας έντασης ή τάσης, συγκρίνοντας τη φασική γωνία δύο μεγεθών. Ένα από τα μεγέθη αυτά είναι συνήθως αναγκαίο για την τροφοδότηση του Η/Ν, οπότε και λαμβάνεται ως μέγεθος αναφοράς. Η ενεργοποίηση του στοιχείου κατεύθυνσης πραγματοποιείται πριν από την έναρξη της λειτουργίας του στοιχείου μέτρησης της υπερέντασης. Αυτό συνεπάγεται ότι ο ηλεκτρονόμος λειτουργεί μόνο εφόσον διεγερθεί το στοιχείο κατεύθυνσης.

Σχεδιασμός προστασίας ΣΗΕ-Κανονισμοί 4 Οι Η/Ν υπερέντασης-κατεύθυνσης χρησιμοποιούνται σε πολλές περιπτώσεις για την ανίχνευση σφαλμάτων προς γη (π.χ. Η/Ν ομοπολικής τάσης όπου και δρουν αποτελεσματικότερα από τους απλούς ηλεκτρονόμους υπερέντασης. 3. Ηλεκτρονόμοι απόστασης (Distance Relays Χρησιμοποιούνται για προστασία γραμμών κυρίως σε υψηλότερες τάσεις. Οι ηλεκτρονόμοι αυτοί, οι οποίοι ανταποκρίνονται στο λόγο ρεύματος-τάσης, χρησιμοποιούνται γενικά για γραμμές δικτύων, δηλαδή γραμμές με πηγή τροφοδοσίας σε κάθε πέρας τους. Η σύνθετη αντίσταση μπορεί να χρησιμοποιηθεί σα μέτρο της απόστασης κατά μήκος μιας γραμμής μεταφοράς (Η/Ν απόστασης "σύνθετης αντίστασης". Προσφέρουν επιλογική προστασία υψηλής ταχύτητας και τη δυνατότητα να εφαρμοστούν σε περιπτώσεις όπου ο λόγος ρεύματος σφάλματοςρεύματος φορτίου είναι μικρός. Άλλοι τύποι Η/Ν απόστασης είναι οι τύπου "Mho" και "Επαγωγικής Αντίστασης" οι οποίοι προκύπτουν με τη χρήση μιας διάταξης σύγκρισης και κατάλληλη επιλογή σταθερών. 4. Διαφορικοί Ηλεκτρονόμοι (Differential Relays Σε γραμμές όπου απαιτείται ταχεία ταυτόχρονη εκκαθάριση σφαλμάτων σε όλα τα άκρα, οι ηλεκτρονόμοι χρησιμοποιούνται σε σχήματα προστασίας με αγωγούςπιλότους, τα οποία συνδυάζουν Η/Ν με κάποιο επικοινωνιακό δίαυλο. Οι επικοινωνιακοί δίαυλοι που χρησιμοποιούνται είναι κατά κύριο λόγο αγωγοί της γραμμής ως κύκλωμα επικοινωνίας, μικροκύματα, οπτικές ίνες και απλές τηλεφωνικές γραμμές. Αυτά τα σχήματα προστασίας παρέχουν λειτουργία υψηλής ταχύτητας για σφάλματα σε οποιοδήποτε σημείο του τμήματος της προστατευόμενης γραμμής. ενώ μπορούν να σχεδιαστούν για γρήγορη ανταπόκριση σε σφάλματα εντός της ζώνης χωρίς να λειτουργούν για σφάλματα εκτός αυτής. Οι διαφορικοί Η/Ν χρησιμοποιούνται συχνά για προστασία ζυγών και μετασχηματιστών. Το Σχήμα.4 δείχνει τις συνδέσεις ενός διαφορικού Η/Ν Μ/Σ ισχύος συνδεσμολογίας αστέρα - τριγώνου. Κατά τη διάρκεια κανονικής λειτουργίας, το ρεύμα που εισέρχεται στο Μ/Σ είναι ίσο με το ρεύμα που εξέρχεται απ αυτόν (λαμβάνοντας υπόψη το λόγο μετασχηματισμού. Συγκρίνοντας το εισερχόμενο και το εξερχόμενο ρεύμα, οι διαφορικοί Η/Ν μπορούν να ανιχνεύσουν σφάλματα στη ζώνη του Μ/Σ πιο αποτελεσματικά από τις ασφάλειες και τους Η/Ν υπερέντασης. Στο παράδειγμα του σχήματος, η μια ομάδα Μ/Σ ρεύματος πρέπει να συνδεθεί σε τρίγωνο και η άλλη σε αστέρα για να αντισταθμιστεί η μετατόπιση φάσης του Μ/Σ. Τοποθετώντας τους συνδεδεμένους κατά τρίγωνο Μ/Σ ρεύματος στην πλευρά των τυλιγμάτων αστέρα του Μ/Σ, το ρεύμα μηδενικής ακολουθίας "φιλτράρεται' από τον Η/Ν, αποφεύγοντας έτσι την εσφαλμένη λειτουργία για εξωτερικά σφάλματα γης. Σημειώνεται ότι, προκειμένου να αντισταθμιστεί κατάλληλα η μετατόπιση φάσης, η συνδεσμολογία τριγώνου για τους Μ/Σ τάσης πρέπει να είναι παρόμοια με τη συνδεσμολογία τριγώνου του Μ/Σ ισχύος.

Σχεδιασμός προστασίας ΣΗΕ-Κανονισμοί 5 A Μ/Σ ΙΣΧΥΟΣ a H X B b H X C c H3 X3 R O O O R R R R R O:ΠΗΝΙΟ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ ΔΙΑΦΟΡΙΚΟΥ Η/Ν R:ΠΗΝΙΟ ΣΥΓΚΡΑΤΗΣΗΣ ΔΙΑΦΟΡΙΚΟΥ Η/Ν Σχήμα.4. Συνδεσμολογία διαφορικού Η/Ν Μ/Σ ισχύος Επειδή οι ασφάλειες και οι Η/Ν υπερέντασης δε μπορούν γενικά να υποδείξουν τη θέση του σφάλματος, πρέπει να αντιδρούν με καθυστέρηση σε μια κατάσταση υπερέντασης για να αποφευχθεί μη αναγκαία λειτουργία για σφάλμα που πρέπει να εκκαθαριστεί αλλού. Αντίθετα, ο διαφορικός Η/Ν λειτουργεί αμέσως μόλις αντιληφθεί μια ασυμμετρία στα πλάτη των ρευμάτων στις δύο πλευρές του Μ/Σ. Οι διαφορικοί Η/Ν είναι γρήγοροι και ευαίσθητοι ενώ αντιδρούν σε ρεύμα σφάλματος της τάξης του /6 έως /3 του επιπέδου τιμής ρεύματος που απαιτείται για να λειτουργήσει ένας Η/Ν υπερέντασης ή μια ασφάλεια. 5.Ηλεκτρονόμοι Τάσης (oltage Relays Οι Η/Ν τάσης μπορούν να λειτουργούν στιγμιαία ή σε μεταβλητό χρόνο (όπως οι Η/Ν υπερέντασης. Ένας Η/Ν υπέρτασης μεταβλητού χρόνου λειτουργεί τόσο γρηγορότερα όσο η τάση αυξάνεται πάνω από το σημείο διέγερσης. Το αντίστροφο ισχύει για τον Η/Ν υπότασης (η ταχύτητα λειτουργίας του αυξάνεται όσο η τάση πέφτει κάτω από το σημείο διέγερσής του. Η τάση διέγερσης πρέπει συνεπώς να επιλεχθεί προσεκτικά προτού εγκατασταθεί ο Η/Ν. Οι Η/Ν υπότασης ή υπέρτασης λειτουργούν γενικά με βάση μια καμπύλη αντιστρόφου χρόνου, ενδέχεται όμως να περιλαμβάνουν ένα στοιχείο στιγμιαίας λειτουργίας. Πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη έμφαση στη ρύθμιση του στοιχείου στιγμιαίας λειτουργίας έτσι ώστε να μην προκληθούν ανεπιθύμητες αποσυνδέσεις από μικρές μεταβατικές υπερτάσεις (ή υποτάσεις. 6. Ηλεκτρονόμοι συμμετρίας ρεύματος (Current Balance Relays

Σχεδιασμός προστασίας ΣΗΕ-Κανονισμοί 6 Οι Η/Ν συμμετρίας ρεύματος συγκρίνουν το πλάτος των ρευμάτων που ρέουν στις τρεις φάσεις ενός κυκλώματος. Αυτό το είδος Η/Ν προστατεύει από ασυμμετρίες οφειλόμενες στην αποσύνδεση μίας φάσης (ως αποτέλεσμα π.χ. μιας καμένης ασφάλειας σε κατά τα άλλα συμμετρικές συνθήκες. Ανταποκρίνεται επίσης με κάποια χρονική καθυστέρηση σε ασύμμετρα σφάλματα (π.χ. εκκένωση μεταξύ δύο φάσεων. Τέλος, διαθέτει συνήθως επαρκή χρονική καθυστέρηση ώστε να αποτρέπει διακοπές κατά τη διάρκεια ασύμμετρων συνθηκών που θα έπρεπε να εκκαθαριστούν με διαφορετικό τρόπο. 7. Ηλεκτρονόμοι Ελέγχου Συγχρονισμού (Synchronism-Check Relays Πρόκειται για συσκευές που ελέγχουν τις προϋποθέσεις σύνδεσης ενός ιδιοπαραγωγού με το ηλεκτρικό δίκτυο. Για να το επιτύχουν αυτό, συγκρίνουν τη διαφορά φάσης μεταξύ των τάσεων στις δύο πλευρές ενός ανοικτού διακόπτη ισχύος προκειμένου να προσδιορίσουν αν είναι συμφασικές. Αυτοί οι Η/Ν μπορεί να διαθέτουν ένα προσαρμοζόμενο χρονικό όριο για να περιορίσουν τη διαφορά συχνότητας και μία σταθερή ή προσαρμοζόμενη ρύθμιση διαφοράς φάσης. Μ' αυτόν τον τρόπο επιβλέπουν το κλείσιμο του Δ/Ι. Είναι σχεδιασμένοι έτσι ώστε να το αποτρέπουν αν το τμήμα του δικτύου στο οποίο θα συνδεθεί ο ιδιοπαραγωγός είναι απενεργοποιημένο ή ο ιδιοπαραγωγός δεν είναι συγχρονισμένος με το δίκτυο. Δεν πρέπει να γίνεται σύγχυση των Η/Ν αυτών με τις αυτόματες συσκευές συγχρονισμού. Οι τελευταίες είναι συνδεδεμένες με συσκευές ελέγχου που ενεργοποιούν το κλείσιμο του Δ/Ι στην κατάλληλη στιγμή (όταν δηλαδή οι τάσεις είναι περίπου συμφασικές. Μπορεί επίσης να διαθέτουν ικανότητες ρύθμισης της τάσης ή της συχνότητας του ιδιοπαραγωγού με σήματα ελέγχου που προσαρμόζουν την έξοδό της στις συνθήκες που επικρατούν στο άλλο άκρο του ανοιχτού Δ/Ι, ενώ περιλαμβάνουν κατά κανόνα ανιχνευτές τάσης και συχνότητας που απαγορεύουν το κλείσιμο μέχρι να μειωθούν οι αποκλίσεις τάσης και συχνότητας σε αποδεκτές τιμές. 8. Άλλοι τύποι Ηλεκτρονόμων α Χρονικοί Η/Ν : Παρεμβάλλουν ορισμένο χρονικό διάστημα ανάμεσα στις λειτουργίες των προστασιών. β Η/Ν Bucholz : Χρησιμοποιούνται κυρίως στους μετασχηματιστές για περιπτώσεις σφαλμάτων στα μονωτικά ορυκτέλαια. γ Θερμικοί Η/Ν : Η λειτουργία τους βασίζεται στη θερμοκρασία και τις μεταβολές τις οποίες προκαλεί κατά τη διάρκεια υπερφορτίσεων ή υπερεντάσεων. δ Η/Ν υπερσυχνότητας-υποσυχνότητας : Η λειτουργία τους εξαρτάται από τη συχνότητα του προστατευόμενου τμήματος...3 Tύποι διακοπτών. Διακόπτης Ισχύος (Δ/Ι-Circuit Breaker Είναι σχεδιασμένος για κανονικές λειτουργίες διακοπής καθώς και για διακοπή σφαλμάτων. Οι Δ/Ι προσφέρουν σημαντική ευελιξία και είναι διαθέσιμοι σε ποικιλία ονομαστικών τιμών τάσης και ρεύματος. Επιπλέον, είναι συνήθως εφοδιασμένοι με ξεχωριστά πηνία πτώσης που μπορούν να ελεγχθούν από το εκάστοτε σύστημα προστασίας και ελέγχου.

Σχεδιασμός προστασίας ΣΗΕ-Κανονισμοί 7. Διακόπτης Φορτίου (Δ/Φ-Circuit Switcher Πρόκειται για έναν άλλο τύπο διακόπτη ο οποίος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για διακοπή ρεύματος φορτίου και σε πολύ περιορισμένο βαθμό για διακοπή κάποιων τιμών ρεύματος σφάλματος σε υψηλότερες τάσεις (άνω των 46. Τυπικά, χρησιμοποιούνται για το χειρισμό μετασχηματιστών και συστοιχιών πυκνωτών. Οι περισσότεροι διακόπτες φορτίου χρησιμοποιούν διακόπτη SF 6 (εξαφθοριούχου θείου συνδεδεμένο σε σειρά με μηχανοκίνητο αποζεύκτη. Ο έλεγχος της ισχύος για τις λειτουργίες ανοίγματος και κλεισίματος μπορεί να γίνονται είτε με συνεχές ή εναλλασσόμενο ρεύμα, ανάλογα με τις απαιτήσεις κάθε εφαρμογής. Η δυνατότητα διακοπής σφαλμάτων του διακόπτη φορτίου είναι γενικά μικρότερη από αυτή ενός διακόπτη ισχύος. 3. Αποζεύκτης με βίδες (Βolted Contact Switch Ο διακόπτης αυτός προορίζεται για εφαρμογές στη χαμηλή τάση. Ο χειρισμός του γίνεται μόνο χειροκίνητα αφού αποτελείται από λάμες και σταθερές επαφές. Είναι σχεδιασμένος για χρήση με εξοπλισμό προστασίας από σφάλματα προς γη και έχει δυνατότητα διακοπής φορές μεγαλύτερη από το ονομαστικό του ρεύμα. 4. Επαναληπτικός Διακόπτης Ισχύος (Recloser Πρόκειται για Δ/Ι εφοδιασμένους με Η/Ν ώστε να πραγματοποιούν κύκλο διακοπώνεπαναφορών. Οι Επαναληπτικοί Δ/Ι εγκαθίστανται στον κορμό των συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας ή στην αρχή των διακλαδώσεων και ο χρόνος και το πλήθος των επαναφορών τους επιλέγεται έτσι ώστε να δίνεται χρόνος να εκκαθαριστεί το σφάλμα που εκδηλώθηκε (εφόσον είναι παροδικό πριν το οριστικό τους άνοιγμα. 5. Διακόπτης Απομόνωσης (Sectionalizer Ο Διακόπτης Απομόνωσης λειτουργεί σε συνεργασία με τον προηγούμενό του Δ/Ι επαναφοράς. Διαθέτει κύκλωμα ελέγχου, το οποίο μετρά τον αριθμό πτώσεωνεπαναφορών (ως αριθμό ζευγών "διέλευση-διακοπή" μιας τιμής έντασης και μετά από τη συμπλήρωση μιας τιμής δίνει εντολή για το άνοιγμά του. Οι Διακόπτες Απομόνωσης εγκαθίστανται στην αρχή μεγάλων διακλαδώσεων (όπου το μέγεθος του φορτίου δεν επιτρέπει τη χρήση ασφαλειών. Επιπλέον, επειδή ενεργοποιούνται αφού το ρεύμα σφάλματος έχει διακοπεί από τον προηγούμενο Δ/Ι, δεν απαιτείται να διακόπτουν εντάσεις βραχυκύκλωσης. Γενικά, έχουν τη δυνατότητα διακοπής ρευμάτων φορτίου γι αυτό και χρησιμοποιούνται και ως Διακόπτες Φορτίου. Κατά τη χρήση των παραπάνω διακοπτών πρέπει να ληφθεί υπόψη το είδος της τροφοδοσίας των κυκλωμάτων ελέγχου των πηνίων πτώσης. Μία συστοιχία μπαταριών θεωρείται η πιο αξιόπιστη πηγή συνεχούς ισχύος ελέγχου, δεδομένου ότι η τάση εξόδου της δεν επηρεάζεται από τη βύθιση της εναλλασσόμενης τάσης που μπορεί να προκύψει κατά τις συνθήκες βραχυκυκλώματος. Έπειτα από τη συνοπτική περιγραφή των τμημάτων που αποτελούν ένα σύστημα προστασίας ΣΗΕ και του τρόπου με τον οποίο αυτά επιλέγονται και ρυθμίζονται, ακολουθεί η παρουσίαση των κανονισμών που έχουν τεθεί και εφαρμόζονται σήμερα

Σχεδιασμός προστασίας ΣΗΕ-Κανονισμοί 8 σε ελληνικό και διεθνές επίπεδο. Ειδικότερα, παρατίθενται οι κανονισμοί που αφορούν τα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας που περιλαμβάνουν ιδιοπαραγωγούς γεννήτριες, αφού αυτά θα αποτελέσουν και το αντικείμενο της περαιτέρω μελέτης..3 ΚΑΝΟΝΙΣΜΟΙ ΑΜΕΡΙΚΑΝΙΚΟΥ ΠΡΟΤΥΠΟΥ (ΑNSI/IEEE std -988.3. Γενικά Το σχήμα προστασίας της διασύνδεσης δικτύου με ιδιοπαραγωγό (όπως είναι μια Α/Γ ή ένα αιολικό πάρκο πρέπει να σχεδιαστεί έτσι ώστε να προστατεύει τόσο τον ιδιοπαραγωγό από καταστροφή λόγω σφαλμάτων στο δίκτυο όσο και το δίκτυο και τους καταναλωτές από αρνητικές επιπτώσεις λόγω της λειτουργίας του ιδιοπαραγωγού. Αν και η επιλογή των συσκευών εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τα χαρακτηριστικά της προστατευόμενης Α/Γ, πρέπει σε κάθε περίπτωση να λαμβάνονται υπόψη οι αρχές που διέπουν το σχεδιασμό του συστήματος προστασίας ενός ΣΗΕ όπως αυτές παρουσιάστηκαν στην αρχή του κεφαλαίου (αξιοπιστία, ασφάλεια, επιλεκτικότητα και ταχύτητα.3. Γενικές απαιτήσεις για τη διασύνδεση Α/Γ - δικτύου Οι απαιτήσεις προστασίας της διασύνδεσης Α/Γ - δικτύου καθορίζονται σε μεγάλο βαθμό από το μέγεθός της και τον τύπο και την ισχύ της βασικής συσκευής του υποσταθμού της διασύνδεσης (π.χ. Μ/Σ υποβιβασμού τάσης. Στις περισσότερες περιπτώσεις, το κόστος των αναγκαίων συσκευών προστασίας είναι ένα μικρό ποσοστό του συνολικού κόστους εγκατάστασης και δεν τείνει να αυξηθεί ανάλογα με την αύξηση του μεγέθους του υποσταθμού ή της γεννήτριας. Παρακάτω, ακολουθεί μια σύντομη παρουσίαση των απαιτήσεων αυτών, βασισμένη στη αναφορά [9].. Συνδεσμολογία του Μ/Σ ισχύος: Κατά την εγκατάσταση της Α/Γ προδιαγράφεται συνήθως ένας Μ/Σ συνδεσμολογίας αστέρα - τριγώνου, με τον αστέρα είτε στην πλευρά υψηλής ή χαμηλής τάσης. Ο αστέρας μπορεί να γειώνεται είτε απευθείας ή μέσω αντίστασης η οποία περιορίζει τη ροή του ρεύματος σφάλματος κατά τη διάρκεια ενός σφάλματος προς γη. Η θέση των τυλιγμάτων αστέρα είναι καθοριστικός παράγοντας στο σχεδιασμό της προστασίας της εγκατάστασης από σφάλματα προς γη. Η χρήση ενός Μ/Σ συνδεσμολογίας αστέρα - τριγώνου ή τριγώνου - τριγώνου εμποδίζει τη ροή ρευμάτων μηδενικής ακολουθίας μέσω του Μ/Σ. Αυτό σημαίνει ότι ένα σφάλμα προς γη στη μία πλευρά του Μ/Σ δε θα προκαλέσει ροή ρεύματος προς γη στην άλλη πλευρά. H απομόνωση αυτών των σφαλμάτων είναι συνήθως εξαιρετικά σημαντική δεδομένου ότι συμβάλλει στη γρηγορότερη εκκαθάριση σφαλμάτων προς γη στο ηλεκτρικό σύστημα και επιτρέπει το σχεδιασμό της προστασίας της Α/Γ από σφάλματα προς γη χωρίς τους περιορισμούς που θέτει η ανάγκη συνεργασίας με το υπόλοιπο δίκτυο. Ένα τύλιγμα συνδεσμολογίας γειωμένου αστέρα στην πλευρά του δικτύου μειώνει σημαντικά τις υπερτάσεις που εμφανίζονται κατά τη διάρκεια συνθηκών απομονωμένης λειτουργίας, ιδιαίτερα όταν η ισχύς της Α/Γ κατά την απομονωμένη λειτουργία υπερβαίνει το φορτίο. Ωστόσο, παρουσιάζεται το μειονέκτημα της απενεργοποίησης των Η/Ν γης του δικτύου, αφού το ρεύμα ορισμένων σφαλμάτων

Σχεδιασμός προστασίας ΣΗΕ-Κανονισμοί 9 προς γη θα εκτραπεί από τους διακόπτες του υποσταθμού. Προκειμένου να περιοριστεί η ροή ρεύματος στον αγωγό γείωσης του αστέρα κατά τη διάρκεια σφαλμάτων ή ασύμμετρων συνθηκών συνδέεται σε σειρά με αυτό μια αντίσταση ή αντίδραση. Πρέπει ωστόσο να σημειωθεί ότι κάτι τέτοιο προϋποθέτει κατάλληλη μόνωση των τυλιγμάτων του Μ/Σ και σχεδιασμό της προστασίας του υποσταθμού ώστε να λειτουργεί υπό υψηλές μεταβατικές τάσεις.. Θέση των συσκευών διακοπής: Η ηλεκτρική εταιρεία απαιτεί σε γενικές γραμμές ένα διακόπτη ισχύος στη μία ή την άλλη πλευρά του Μ/Σ ισχύος ώστε να απομονώνει αυτόματα την Α/Γ κατά τη διάρκεια απομονωμένης λειτουργίας. Η θέση του Δ/Ι προσδιορίζει σε μεγάλο βαθμό το σχεδιασμό του συστήματος προστασίας. Οι διακόπτες υψηλής τάσης είναι συνήθως πιο ακριβοί από αυτούς της χαμηλής τάσης, λόγω απαιτήσεων για επιπλέον μόνωση και ικανότητα διακοπής ρευμάτων σφάλματος. Ωστόσο, όταν δεν υπάρχει εγκατεστημένος διακόπτης στην πλευρά υψηλής τάσης, είναι αναγκαία η ύπαρξη ασφαλειών για να διακόπτουν τη ροή ρεύματος από το δίκτυο όταν συμβαίνει κάποιο σφάλμα στην πλευρά της Α/Γ. Οι ασφάλειες προσφέρουν απλή, αυτάρκη λειτουργία ενώ δεν απαιτούν εξωτερική πηγή ισχύος ελέγχου. Παρόλα αυτά, παρουσιάζουν διάφορα μειονεκτήματα: Πρώτον, η λειτουργία μιας ασφάλειας οδηγεί γενικά σε μια παρατεταμένη διακοπή, μέχρι να αντικατασταθεί χειρωνακτικά η καμένη επαφή της. Δεύτερο, και σημαντικότερο, μια καμένη ασφάλεια θα προκαλέσει απώλεια μιας φάσης της Α/Γ, γεγονός που μπορεί να συμβάλλει σε καταστροφή λόγω υπερθέρμανσης από τα ρεύματα αρνητικής ακολουθίας εκτός αν υπάρχουν μέσα που ανιχνεύουν μια τέτοια κατάσταση και απομονώνουν έγκαιρα τον προστατευόμενο εξοπλισμό..3.3 Σχήματα προστασίας της διασύνδεσης Α/Γ - δικτύου Παρακάτω παρουσιάζονται διάφορα σχήματα προστασίας της διασύνδεσης δικτύου με διεσπαρμένες πηγές παραγωγής και αποθήκευσης ενέργειας, καθένα από τα οποία αντιστοιχεί σε διάφορες περιπτώσεις συνδεσμολογίας του Μ/Σ ισχύος και σε διάφορες θέσεις διακοπτών και ασφαλειών. Τα προτεινόμενα σχήματα, τα οποία εξήχθησαν από την αναφορά [9], μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη διασύνδεση του δικτύου με Α/Γ ή αιολικό πάρκο ανάλογα με τις ανάγκες και τις προδιαγραφές του εκάστοτε συστήματος. Σ' αυτά θα βασιστεί ο σχεδιασμός της προστασίας του ΣΗΕ που θα μελετηθεί στη συνέχεια της εργασίας αυτής λαμβάνοντας παράλληλα υπόψη τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του. Παράδειγμα :Υποσταθμός ιδιοπαραγωγού με αντιστροφέα και Μ/Σ συνδεσμολογίας γειωμένου αστέρα προστατευόμενο από ασφάλειες (Σχήμα.5 Σ αυτό το παράδειγμα ο υποσταθμός διαθέτει Μ/Σ συνδεσμολογίας αστέρα - τριγώνου με τον ουδέτερο της πλευράς υψηλής τάσης γειωμένο μέσω αντίδρασης, μεγέθους τέτοιου ώστε να περιορίζει το ρεύμα σφάλματος γης στην ονομαστική τιμή του Μ/Σ. Στην πλευρά υψηλής τάσης έχουν εγκατασταθεί ασφάλειες που προστατεύουν από όλα τα σφάλματα στα τυλίγματα της πλευράς υψηλής τάσης. Προστατεύουν επίσης από φασικά σφάλματα στην πλευρά χαμηλής τάσης και παρέχουν ασφάλεια ης βαθμίδας (back-up protection για φασικά σφάλματα στην πλευρά του ιδιοπαραγωγού του Δ/Ι Α. Δεν προστατεύουν από σφάλματα γης στην πλευρά ΧΤ της συνδεσμολογίας αστέρα. Τρεις Η/Ν υπερέντασης αντιστρόφου χρόνου (5 προστατεύουν από φασικά σφάλματα στην πλευρά του ιδιοπαραγωγού