Προστασία Διαφορικής Σημείων Σύνδεσης

Ορισμός Διαφορικής Προστασίας Συνδετικού

Η διαφορική προστασία συνδετικού είναι μια διάταξη που απομονώνει γρήγορα τις βλάβες συγκρίνοντας τους ρεύματα που εισέρχονται και εξέρχονται από το συνδετικό χρησιμοποιώντας τον νόμο των ρευμάτων του Kirchoff.

Διαφορική Προστασία Ρεύματος

Η διάταξη προστασίας συνδετικού, περιλαμβάνει τον νόμο των ρευμάτων του Kirchoff, ο οποίος λέει ότι, το συνολικό ρεύμα που εισέρχεται σε έναν ηλεκτρικό κόμβο είναι ακριβώς ίσο με το συνολικό ρεύμα που εξέρχεται από τον κόμβο. Έτσι, το συνολικό ρεύμα που εισέρχεται σε ένα τμήμα συνδετικού είναι ίσο με το συνολικό ρεύμα που εξέρχεται από το τμήμα συνδετικού.

Το πρίγκιπιο της διαφορικής προστασίας συνδετικού είναι πολύ απλό. Εδώ, τα δευτερεύοντα των CTs (Current Transformers) είναι συνδεδεμένα παράλληλα. Αυτό σημαίνει ότι, τα S1 τερματικά όλων των CTs είναι συνδεδεμένα μαζί και σχηματίζουν έναν συνδετικό σύνδεσμο. Ομοίως, τα S2 τερματικά όλων των CTs είναι συνδεδεμένα μαζί για να σχηματίσουν άλλον έναν συνδετικό σύνδεσμο. Ένας συνδετής ρελέ είναι συνδεδεμένος μεταξύ αυτών των δύο συνδετικών συνδέσμων.

 Εδώ, στο παραπάνω σχήμα υποθέτουμε ότι, κατά την κανονική συνθήκη, οι φορείς A, B, C, D, E και F φέρουν τα ρεύματα IA, IB, IC, ID, IE και IF. Τώρα, σύμφωνα με τον νόμο των ρευμάτων του Kirchoff,

 Βασικά, όλα τα CTs που χρησιμοποιούνται για τη διαφορική προστασία συνδετικού έχουν την ίδια αναλογία ρεύματος. Επομένως, η άθροιση όλων των δευτερευόντων ρευμάτων πρέπει επίσης να είναι ίση με μηδέν.

 Τώρα, ας πούμε ότι το ρεύμα μέσω του ρελέ που είναι συνδεδεμένο παράλληλα με όλα τα δευτερεύοντα των CTs, είναι iR, και iA, iB, iC, iD, iE και iF είναι τα δευτερεύοντα ρεύματα. Τώρα, ας εφαρμόσουμε το KCL (Kirchhoff's Current Law) στον κόμβο X. Σύμφωνα με το KCL στον κόμβο X,

 Είναι σαφές ότι, υπό κανονικές συνθήκες, δεν ρέει κανένα ρεύμα μέσω του ρελέ προστασίας συνδετικού. Αυτό το ρελέ είναι γενικά γνωστό ως Relay 87. Τώρα, ας πούμε ότι συμβαίνει βλάβη σε οποιονδήποτε από τους φορείς, εκτός της προστατευμένης ζώνης.

Σε αυτή την περίπτωση, το βλαβώδες ρεύμα θα περάσει μέσω του πρωτεύοντος του CT του εκείνου του φορέα. Αυτό το βλαβώδες ρεύμα συνεισφέρεται από όλους τους άλλους φορείς που είναι συνδεδεμένοι με το συνδετικό. Επομένως, σε αυτή τη βλαβώδη συνθήκη, αν εφαρμόσουμε το KCL στον κόμβο K, θα πάρουμε, i R = 0

Αυτό σημαίνει, ότι, σε εξωτερική βλαβώδη συνθήκη, δεν ρέει κανένα ρεύμα μέσω του ρελέ 87. Τώρα, ας θεωρήσουμε μια κατάσταση όπου συμβαίνει βλάβη στο ίδιο το συνδετικό. Κατά αυτή τη συνθήκη, το βλαβώδες ρεύμα συνεισφέρεται από όλους τους φορείς που είναι συνδεδεμένοι με το συνδετικό. Επομένως, κατά αυτή τη συνθήκη, η άθροιση όλων των συνεισφερόμενων βλαβώδων ρευμάτων είναι ίση με το συνολικό βλαβώδες ρεύμα.

Τώρα, στη βλαβώδη διαδρομή δεν υπάρχει CT. (σε εξωτερική βλάβη, και το βλαβώδες ρεύμα και το συνεισφερόμενο ρεύμα στη βλάβη από διαφορετικούς φορείς περνούν μέσω CT). Η άθροιση όλων των δευτερεύοντων ρευμάτων δεν είναι πλέον μηδέν. Είναι ίση με το δευτερεύον εξισοδύναμο του βλαβώδους ρεύματος. Τώρα, αν εφαρμόσουμε το KCL στους κόμβους, θα πάρουμε μη μηδενική τιμή i R.

 Έτσι, κατά αυτή τη συνθήκη, το ρεύμα ξεκινά να ρέει μέσω του ρελέ 87 και το ενεργοποιεί για να τροποποιήσει τον κίνδυνο σύνδεσης όλων των φορέων που είναι συνδεδεμένοι με αυτό το τμήμα του συνδετικού.

Καθώς όλοι οι εισερχόμενοι και εξερχόμενοι φορείς, που είναι συνδεδεμένοι με αυτό το τμήμα του συνδετικού, τροποποιούνται, το συνδετικό γίνεται αδρανές. Αυτή η διαφορική προστασία συνδετικού είναι επίσης γνωστή ως διαφορική προστασία ρεύματος συνδετικού.

Τμηματοποιημένη Προστασία Συνδετικού

Κατά την εξήγηση του λειτουργικού πριγκιπίου της διαφορικής προστασίας ρεύματος συνδετικού, έχουμε δείξει ένα απλό μη τμηματοποιημένο συνδετικό. Ωστόσο, σε μετριαίες υψηλές επιπέδων τάσης, το ηλεκτρικό συνδετικό τμηματοποιείται σε περισσότερα τμήματα για να αυξηθεί η σταθερότητα του συστήματος.

Γίνεται αυτό επειδή, μια βλάβη σε ένα τμήμα του συνδετικού δεν πρέπει να επηρεάσει άλλα τμήματα του συστήματος. Επομένως, κατά τη βλάβη του συνδετικού, ολόκληρο το συνδετικό θα διακοπεί. Ας σχεδιάσουμε και ας συζητήσουμε για την προστασία συνδετικού με δύο τμήματα.

Εδώ, το τμήμα συνδετικού A ή ζώνη A είναι περιορισμένη από τα CT 1, CT2 και CT3, όπου τα CT1 και CT2 είναι CTs φορέων και το CT3 είναι CT συνδετικού.

Προστασία Διαφορικής Τάσης

Η διαφορική διάταξη ρεύματος είναι ευαίσθητη μόνο όταν τα CTs δεν κυρτώνονται και διατηρούν την ίδια αναλογία ρεύματος, σφάλμα φάσης υπό μέγιστη βλαβώδη συνθήκη. Αυτό συνήθως δεν συμβαίνει, ειδικά σε περίπτωση εξωτερικής βλάβης σε έναν από τους φορείς. Το CT στον βλαβώδη φορέα μπορεί να κυρτώσει από το συνολικό ρεύμα και συνεπώς θα έχει πολύ μεγάλα σφάλματα. Λόγω αυτού του μεγάλου σφάλματος, η άθροιση των δευτερεύοντων ρευμάτων όλων των CTs σε μια συγκεκριμένη ζώνη μπορεί να μην είναι μηδέν.

 Έτσι, υπάρχει μεγάλη πιθανότητα ενεργοποίησης όλων των κίνδυνων σύνδεσης που συνδέονται με αυτή τη ζώνη προστασίας, ακόμη και σε περίπτωση εξωτερικής μεγάλης βλάβης. Για να αποτραπεί αυτή η λανθασμένη λειτουργία της διαφορικής προστασίας ρεύματος συνδετικού, τα ρελέ 87 παρέχονται με υψηλή τιμή ενεργοποίησης και αρκετή χρονική καθυστέρηση. Το μεγαλύτερο πρόβλημα που προκαλεί την κύρτωση των CTs είναι η μεταβατική συνιστώσα του μετρικού ρεύματος.

Αυτές οι δυσκολίες μπορούν να ξεπεραστούν με τη χρήση CTs με αέριο πυρήνα. Αυτός ο τρανσφορματόρας ρεύματος είναι επίσης γνωστός ως γραμμικός συνδετής. Επειδή ο πυρήνας του CT δεν χρησιμοποιεί σίδηρο, η δευτερεύουσα χαρακτηριστική αυτών των CTs είναι ευθεία γραμμή. Στην προστασία διαφορικής τάσης συνδετικού, τα CTs όλων των εισερχόμενων και εξερχόμενων φορέων είναι συνδεδεμένα σε σειρά αντί για παράλληλη σύνδεση.

Τα δευτερεύοντα όλων των CTs και το διαφορικό ρελέ σχηματίζουν ένα κλειστό κύκλο. Εάν η πολαρότητα όλων των CTs είναι σωστά συντονισμένη, η άθροιση της τάσης σε όλα τα δευτερεύοντα των CTs είναι μηδέν. Επομένως, δεν θα εμφανιστεί καμία αποτελεσματική τάση μεταξύ του διαφορικού ρελέ. Όταν συμβαίνει βλάβη συνδετικού, η άθροιση όλων των δευτερεύοντων τάσεων των CTs δεν είναι πλέον μηδέν. Επομένως, θα υπάρξει ρεύμα που θα κυκλοφορήσει στον κύκλο λόγω της αποτελεσματικής τάσης. 

Καθώς αυτό το ρεύμα κύκλου περνάει μέσω του διαφορικού ρελέ, το ρελέ ενεργοποιείται για να τροποποιήσει όλους τους κίνδυνους σύνδεσης που συνδέονται με την προστατευμένη ζώνη συνδετικού. Με εξαίρεση όταν το ρεύμα βλάβης στο έδαφος περιορίζεται σημαντικά από την ουδετερή αντίσταση, συνήθως δεν υπάρχει πρόβλημα επιλεξιμότητας. Όταν υπάρχει τέτοιο πρόβλημα, λύνεται με τη χρήση επιπλέον πιο ευαίσθητης εξοπλισμού προστασίας, συμπεριλαμβανομένου ενός επιτροπευτικού ρελέ προστασίας.

Η Σημασία της Επιλεκτικής Απομόνωσης

Τα σύγχρονα συστήματα χρειάζονται να απομονώνουν μόνο τα βλαβώδη τμήματα για να ελαχιστοποιήσουν τις διακοπές ρεύματος και να εξασφαλίσουν γρήγορη διάλυση της βλάβης.