Busbar differentiële bescherming

Busbar Differentiële Bescherming Definitie

Differentiële busbarbescherming is een schema dat fouten snel isoleert door de stroom die de busbar binnenkomt en verlaat te vergelijken, gebruikmakend van Kirchhoff's stroomwet.

Stroomdifferentiële Bescherming

Het schema voor busbarbescherming maakt gebruik van Kirchhoff's stroomwet, die stelt dat de totale stroom die een elektrisch knooppunt binnengaat precies gelijk is aan de totale stroom die het knooppunt verlaat. Dus, de totale stroom die een bussectie binnengaat is gelijk aan de totale stroom die de bussectie verlaat.

Het principe van differentiële busbarbescherming is zeer eenvoudig. Hier worden de secondaries van CT's parallel verbonden. Dat betekent dat de S1-terminals van alle CT's met elkaar verbonden zijn en een busdraad vormen. Op dezelfde manier worden de S2-terminals van alle CT's met elkaar verbonden om een andere busdraad te vormen. Een tripping relay is verbonden over deze twee busdraden.

 Hier in de figuur gaan we ervan uit dat bij normale omstandigheden de voeding A, B, C, D, E en F stroom IA, IB, IC, ID, IE en IF draagt. Volgens Kirchhoff's stroomwet,

 Alle CT's die gebruikt worden voor differentiële busbarbescherming hebben dezelfde stroomverhouding. Dus, de som van alle secundaire stromen moet ook gelijk zijn aan nul.

 Nu, zeg dat de stroom door het relay dat parallel is verbonden met alle CT-secondaries, iR is, en iA, iB, iC, iD, iE en iF de secundaire stromen zijn. Laten we nu KCL toepassen op knooppunt X. Volgens KCL op knooppunt X,

 Het is duidelijk dat onder normale omstandigheden er geen stroom door het busbarbeschermings-tripping relay loopt. Dit relay wordt meestal aangeduid als Relay 87. Nu, zeg dat er een fout optreedt in een van de feeders, buiten de beschermd zone.

In dat geval zal de foute stroom door de primaire van de CT van die feeder lopen. Deze foute stroom wordt bijgedragen door alle andere feeders die aan de bus zijn verbonden. Dus, het bijdragende deel van de foute stroom loopt door de corresponderende CT van de desbetreffende feeder. Dus bij die foute omstandigheid, als we KCL toepassen op knooppunt K, krijgen we nog steeds, i R = 0

Dat betekent, bij externe foute omstandigheden, loopt er geen stroom door relay 87. Overweeg nu een situatie waarin er een fout optreedt op de bus zelf. Onder deze omstandigheden wordt de foute stroom ook bijgedragen door alle feeders die aan de bus zijn verbonden. Dus, onder deze omstandigheden, is de som van alle bijdragende foute stroom gelijk aan de totale foute stroom.

Nu, op het foute pad is er geen CT. (bij externe fout, krijgen zowel de foute stroom als de bijdragende stroom van verschillende feeders een CT in hun stroompad). De som van alle secundaire stromen is niet langer nul. Het is gelijk aan de secundaire equivalent van de foute stroom. Nu, als we KCL toepassen op de knooppunten, krijgen we een niet-nulwaarde voor i R.

 Dus onder deze omstandigheden begint stroom door 87 relay te stromen en het doet de circuitbreker corresponderend met alle feeders die aan dit gedeelte van de bus zijn verbonden, tripsen.

Omdat alle inkomende en uitgaande feeders, die aan dit gedeelte van de bus zijn verbonden, getripst worden, wordt de bus dood. Dit differentiële busbarbeschermingsschema wordt ook wel stroomdifferentiële bescherming van de bus genoemd.

Gesectioneerde Busbar Bescherming

Tijdens de uitleg van het werkingsprincipe van stroomdifferentiële bescherming van de bus, hebben we een eenvoudige niet-gesectioneerde bus laten zien. Maar in matig hoogspanningsystemen wordt de elektrische bus in meer dan één sectie gesectioneerde om de stabiliteit van het systeem te verhogen.

Dit wordt gedaan omdat een fout in één sectie van de bus de andere sectie van het systeem niet mag storen. Dus bij een busfout, wordt de hele bus onderbroken. Laten we een tekening maken en bespreken over de bescherming van een bus met twee secties.

Hier is bussectie A of zone A begrensd door CT 1, CT2 en CT3, waarbij CT1 en CT2 feeder CT's zijn en CT3 een bus CT is.

Spanningsdifferentiële Bescherming

Het stroomdifferentiële schema is alleen gevoelig wanneer de CT's niet verzadigd raken en dezelfde stroomverhouding, fasehoekfout onder maximale foute omstandigheden behouden. Dit is meestal niet 80, vooral in het geval van een externe fout op een van de feeders. De CT op de foute feeder kan verzadigd raken door de totale stroom en heeft daarom zeer grote fouten. Door deze grote fout, is de som van de secundaire stroom van alle CT's in een bepaalde zone mogelijk niet nul.

 Dus er is een grote kans dat alle circuitbrekers die bij deze beschermingszone horen, zelfs in het geval van een externe grote fout, tripsen. Om deze foutieve werking van de stroomdifferentiële busbarbescherming te voorkomen, worden de 87 relays voorzien van een hoge pick-up stroom en voldoende tijdsvertraging. De grootste oorzaak van CT-verzadiging is het transiente DC-component van de kortsluitstroom.

Deze problemen kunnen worden overwonnen door luchtspool-CT's te gebruiken. Deze stroomtransformator wordt ook lineaire koppelaar genoemd. Omdat de kern van de CT geen ijzer gebruikt, is de secundaire karakteristiek van deze CT's, een rechte lijn. Bij spanningsdifferentiële busbarbescherming worden de CT's van alle inkomende en uitgaande feeders in serie verbonden in plaats van ze parallel te verbinden.

De secondaries van alle CT's en het differentiële relay vormen een gesloten lus. Als de polariteit van alle CT's goed is aangepast, is de som van de spanning over alle CT-secondaries nul. Dus zou er geen resulterende spanning verschijnen over het differentiële relay. Wanneer er een busfout optreedt, is de som van alle CT-secundaire spanningen niet langer nul. Dus, zou er stroom circuleren in de lus door de resulterende spanning. 

Omdat deze lusstroom ook door het differentiële relay loopt, wordt het relay bediend om alle circuitbrekers die bij de beschermd buszone horen, te tripsen. Behalve wanneer de grondfoutstroom sterk beperkt wordt door neutrale impedantie, is er meestal geen selectiviteitsprobleem. Wanneer zo'n probleem bestaat, wordt het opgelost door gebruik te maken van extra gevoelige schakelmateriaal, inclusief een superviserend beschermrelais.

Belang van Selectieve Isolatie

Moderne systemen moeten alleen de foute secties isoleren om stroomonderbrekingen te minimaliseren en snelle foutopruiming te garanderen.