Busbar Differentialbeskyttelse

Busbar Differentialbeskyttelses Definition

Busbar differentialbeskyttelse er en metode, der hurtigt isolerer fejl ved at sammenligne strømmene, der kommer ind i og ud af busbaren, ved hjælp af Kirchhoffs strømlov.

Strømdifferentialbeskyttelse

Princippet bag busbarbeskyttelse involverer Kirchhoffs strømlov, som siger, at den samlede strøm, der kommer ind i et elektrisk knudepunkt, er nøjagtig lig med den samlede strøm, der forlader knudepunktet. Derfor er den samlede strøm, der kommer ind i en bussektion, lig med den samlede strøm, der forlader bussektionen.

Princippet for differentialbusbarbeskyttelse er meget simpelt. Her er sekundære del af strømtransformatorerne forbundet parallel. Det betyder, at S1-terminalerne på alle strømtransformatorer er forbundet sammen og danner en busledning. På samme måde er S2-terminalerne på alle strømtransformatorer forbundet sammen for at danne en anden busledning. En tripningsrelæ er forbundet over disse to busledninger.

 Her antager vi i figuren ovenfor, at under normale forhold strømforsyninger A, B, C, D, E og F fører strøm IA, IB, IC, ID, IE og IF. Nu, ifølge Kirchhoffs strømlov,

 Essentielt set er alle strømtransformatorerne, der bruges til differentialbusbarbeskyttelse, af samme strømforhold. Derfor skal summen af alle sekundære strømme også være lig med nul.

 Nu, lad os sige, at strømmen gennem relæet, der er forbundet parallel med alle sekundære strømtransformatorer, er iR, og iA, iB, iC, iD, iE og iF er sekundære strømme. Lad os nu anvende KCL ved knudepunkt X. Ifølge KCL ved knudepunkt X,

 Det er klart, at under normale forhold er der ingen strøm, der går gennem busbarbeskyttelses-tripningsrelæet. Dette relæ kaldes generelt Relæ 87. Nu, lad os sige, at der opstår en fejl i en af strømforsyningerne uden for beskyttelseszonen.

I dette tilfælde vil fejlstrømmen gå gennem primærparten af strømtransformatoren for den pågældende strømforsyning. Denne fejlstrøm bidrages af alle andre strømforsyninger, der er forbundet til busbaren. Så, bidragende del af fejlstrømmen går gennem den tilsvarende strømtransformator for den pågældende strømforsyning. Derfor, hvis vi anvender KCL ved knudepunkt K under fejltilstand, vil vi stadig få, iR = 0

Det betyder, at under ekstern fejltilstand er der ingen strøm, der går gennem relæ 87. Overvej nu en situation, hvor der opstår en fejl på selve busbaren. Under denne tilstand bidrager også alle strømforsyninger, der er forbundet til busbaren, til fejlstrømmen. Derfor er summen af alle bidragende fejlstrømmer lig med den samlede fejlstrøm.

Nu, på fejlvejen er der ingen strømtransformator. (ved ekstern fejl, både fejlstrøm og bidragende strøm fra forskellige strømforsyninger har strømtransformatorer i deres strømbane). Summen af alle sekundære strømme er ikke længere nul. Den er lig med sekundæret for fejlstrømmen. Nu, hvis vi anvender KCL ved knudepunkterne, vil vi få en ikke-nul værdi af iR.

 Så under denne tilstand begynder strøm at gå gennem relæ 87, og det aktiverer kredsløbsbryderen for alle strømforsyninger, der er forbundet til denne sektion af busbaren.

Da alle ind- og udkomne strømforsyninger, der er forbundet til denne sektion af busbaren, bliver tripnet, bliver busbaren død. Denne differentialbusbarbeskyttelsesmetode kaldes også for strømdifferentialbeskyttelse af busbaren.

Sectionalized Busbar Protection

Under forklaringen af arbejdsmetoden for strømdifferentialbeskyttelse af busbaren, har vi vist en enkel, ikke-segmenteret busbar. Men i moderate højspændings-systemer er elektriske busser ofte segmenteret i flere sektioner for at øge systemets stabilitet.

Dette gøres, fordi en fejl i en sektion af busbaren ikke bør forstyrre andre sektioner af systemet. Derfor vil hele busbaren blive afbrudt ved en fejl. Lad os tegne og diskutere beskyttelsen af en busbar med to sektioner.

Her er bussektion A eller zone A begrænset af CT 1, CT2 og CT3, hvor CT1 og CT2 er strømforsynings-CT'er, og CT3 er bus-CT.

Spændingsdifferentialbeskyttelse

Strømdifferentialmetoden er følsom kun, når strømtransformatorerne ikke bliver mættede og bibeholder samme strømforhold, fasevinkelfejl under maksimal fejltilstand. Dette er normalt ikke tilfældet, især ved en ekstern fejl på en af strømforsyningerne. Strømtransformatoren på den defekte strømforsyning kan blive mættet af den samlede strøm og vil derfor have store fejl. På grund af disse store fejl kan summen af sekundære strømme for alle CT'er i en bestemt zone ikke være nul.

 Derfor kan der være en stor chance for, at alle kredsløbsbrydere, der er forbundet med denne beskyttelseszone, bliver tripnet, selv i tilfælde af en ekstern stor fejl. For at forhindre denne forkert funktion hos strømdifferentialbusbarbeskyttelsen, er 87-relæerne udstyret med høj opstartstrøm og tilstrækkelig tidsforsinkelse. Den største årsag til strømtransformatorernes mætning er den midlertidige DC-komponent i kortslutningsstrømmen.

Disse problemer kan overvindes ved at bruge luftkerner i strømtransformatorerne. Denne type strømtransformator kaldes også lineær kobler. Da kernen ikke bruger jern, er sekundærkarakteristikken for disse CT'er en ret linje. I spændingsdifferentialbusbarbeskyttelse er CT'erne for alle ind- og udkomne strømforsyninger forbundet i serie i stedet for at blive forbundet parallel.

Sekundære del af alle CT'er og differentialrelæ danner en lukket løkke. Hvis polariteten for alle CT'er er korrekt matchet, er summen af spændingen over alle sekundære CT'er nul. Derfor vil der ikke være nogen resulterende spænding over differentialrelæet. Når der opstår en busfejl, er summen af alle sekundære CT-spændinger ikke længere nul. Derfor vil der være en strøm, der cirkulerer i løkken pga. den resulterende spænding. 

Da denne løkkestrøm også går gennem differentialrelæet, aktiveres relæet for at trippe alle kredsløbsbrydere, der er forbundet med den beskyttede buszone. Undtagen når jordfejlstrøm er alvorligt begrænset af neutral impedans, er der normalt ingen selektivitetsproblemer. Når sådan et problem eksisterer, løses det ved at bruge yderligere mere følsomt relæudstyr, herunder en overvågende beskyttelsesrelæ.

Betydningen af selektiv isolation

Moderne systemer skal kun isolere de defekte sektioner for at minimere strømafbrydelser og sikre hurtig fejlrensning.