Diferencijalna zaštita magistralnog vodiča

Definicija diferencijalne zaštite šine

Diferencijalna zaštita šine je shema koja brzo izolira greške usporedbom struja koje ulaze i izlaze iz šine pomoću Kirchhoffovog zakona o strujama.

Diferencijalna zaštita struje

Shema zaštite šine uključuje Kirchhoffov zakon o strujama, koji kaže da je ukupna struja koja ulazi u električni čvor točno jednaka ukupnoj struji koja ga napušta. Stoga je ukupna struja koja ulazi u odjeljak šine jednaka ukupnoj struji koja ga napušta.

Princip diferencijalne zaštite šine vrlo je jednostavan. Ovdje su sekundarni vodiči CT-ova spojeni paralelno. To znači, S1 terminali svih CT-ova su spojeni zajedno i formiraju šinu. Slično tome, S2 terminali svih CT-ova su spojeni zajedno kako bi formirali drugu šinu. Relé za prekid spajaju se na ovim dvama šinama.

 Ovdje, na gornjoj slici pretpostavljamo da pri normalnim uvjetima, ishodišta A, B, C, D, E i F nose struje IA, IB, IC, ID, IE i IF. Sada, prema Kirchhoffovom zakonu o strujama,

 Sve CT-ove korišteni za diferencijalnu zaštitu šine imaju isti omjer struja. Stoga mora biti i suma svih sekundarnih struja jednaka nuli.

 Recimo da je struja kroz relé spojeno paralelno sa svim sekundarnim vodičima CT-ova, iR, a iA, iB, iC, iD, iE i iF su sekundarne struje. Sada primijenimo KCL na čvor X. Prema KCL na čvoru X,

 Jasno je da pod normalnim uvjetima ne teče nijedna struja kroz relé za prekid diferencijalne zaštite šine. Ovo relé se obično naziva relé 87. Sada, recimo da se dođe do greške na bilo kojem ishodištu, izvan zaštićene zone.

U tom slučaju, greška će proći kroz primarni vodič CT-a tog ishodišta. Ova greška je doprinijela sve ostale ishodište povezane s šinom. Stoga, doprinijeli dio greške proći će kroz odgovarajući CT odgovarajućeg ishodišta. Stoga, ako primijenimo KCL na čvor K, dobit ćemo, i R = 0

To znači, kod vanjske greške, ne teče nijedna struja kroz relé 87. Sada razmotrimo situaciju kada se dogodi greška na samoj šini. U tom stanju, greška je doprinijela svi ishodišta povezana s šinom. Stoga, u tom stanju, zbroj svih doprinijelih struja greške jednak je ukupnoj struji greške.

Sada, na putanji greške nema CT-a. (pri vanjskoj grešci, struja greške i doprinijeli dio struje greške različitim ishodištima prolaze kroz CT u svojoj putanji). Zbroj svih sekundarnih struja više nije nula. Jednak je sekundarnom ekvivalentu struje greške. Sada, ako primijenimo KCL na čvorove, dobit ćemo vrijednost i R različitu od nule.

 Stoga, u tom stanju, struja počinje teći kroz relé 87 i aktivira prekidnik za sve ishodišta povezana s tim dijelom šine.

Kako su sva ulazna i izlazna ishodišta povezana s tim dijelom šine prekinuta, šina postaje mrtva. Ova shema diferencijalne zaštite šine također se naziva diferencijalna zaštita struje šine.

Zaštita odjeljaka šine

Tijekom objašnjavanja principa rada diferencijalne zaštite struje šine, pokazali smo jednostavnu nesekcioniranu šinu. Međutim, u sustavima s umjereno visokim naprezanjem, električna šina je sekcionalizirana u više odjeljaka kako bi se povećala stabilnost sustava.

To se radi jer greška u jednom odjeljku šine ne smije ometati druge odjeljke sustava. Stoga, tijekom greške na šini, cijela šina bi bila prekinuta. Nacrtajmo i raspravimo o zaštiti šine s dva odjeljka.

Ovdje, odjeljak šine A ili zona A ograničena je CT-ovima 1, 2 i 3, gdje su CT1 i CT2 ishodišni CT-ovi, a CT3 je šinski CT.

Diferencijalna zaštita napona

Shema diferencijalne struje osjetljiva je samo kada CT-ovi ne dosegnu nasycenje i održavaju isti omjer struja, pogrešku faze pod maksimalnim uvjetima greške. To obično nije 80, posebno u slučaju vanjske greške na jednom od ishodišta. CT na ishodištu s greškom može doći do nasycenja ukupnom strujom, a time i velikim pogreškama. Zbog te velike pogreške, zbroj sekundarnih struja svih CT-ova u određenoj zoni može više ne biti nula.

 Stoga postoji velika mogućnost prekida svih prekidnika povezanih s tom zonom zaštite, čak i u slučaju vanjske velike greške. Da bi se sprečila ta neispravna radnja diferencijalne zaštite struje šine, relé 87 opremljeni su visokom strujom preuzimanja i dovoljnim vremenskim kašnjenjem. Najveći problem nasycenja transformatora struje je privremeni DC komponenta struje kratkog spoja.

Te teškoće mogu se prevaziti korištenjem CT-ova s zračnim jezgrom. Taj transformator struje također se zove linearni kopler. Budući da jezgra CT-a ne koristi željezo, sekundarna karakteristika ovih CT-ova je pravac. U diferencijalnoj zaštiti napona, CT-ovi svih ulaznih i izlaznih ishodišta spojeni su serijalno umjesto paralelno.

Sekundarni vodiči svih CT-ova i diferencijalno relé formiraju zatvorenu petlju. Ako su polaritete svih CT-ova ispravno podudarani, zbroj napona na svim sekundarnim vodičima CT-ova je nula. Stoga ne bi trebao biti rezultantni napon na diferencijalnom reléu. Kada dođe do greške na šini, zbroj svih sekundarnih napona CT-ova više nije nula. Stoga, zbog rezultantnog napona, pojavljuje se struja u petlji.

Kako ta petlja struja također teče kroz diferencijalno relé, relé se aktivira kako bi prekinuo sve prekidnike povezane s zaštićenom zonom šine. Osim kada je struja greške na zemlji ozbiljno ograničena neutralnim impedancijom, obično ne postoji problem selektivnosti. Kada takav problem postoji, riješen je korištenjem dodatnog, više osjetljivog relé opreme, uključujući nadzorno zaštitno relé.

Važnost selektivnog izoliranja

Moderni sustavi trebaju izolirati samo grešne odjeljke kako bi se smanjile prekide snage i osiguralo brzo otklanjanje grešaka.