Wat is lijn- of voederschakelaarsbeveiliging?

Wat is Lijn- of Voederlijnbeveiliging?

Definitie van Overdrachtlijnbeveiliging

Overdrachtlijnbeveiliging is een set strategieën die wordt gebruikt om storingen op elektriciteitslijnen te detecteren en te isoleren, waardoor de systeemstabiliteit wordt gewaarborgd en schade wordt beperkt.

Tijdgestuurd Overstroombeveiliging

Dit kan ook eenvoudigweg worden aangeduid als overstroombeveiliging van elektriciteitsoverdrachtslijnen. Laten we verschillende schema's van tijdgestuurde overstroombeveiliging bespreken.

Beveiliging van Radiale Voederlijn

Bij een radiale voederlijn stroomt de stroom in slechts één richting, namelijk van bron naar belasting. Deze soort voederlijnen kan eenvoudig worden beveiligd door gebruik te maken van zowel definitieve tijdsrelais als inverse tijdsrelais.

Lijnbeveiliging door Definitief Tijdsrelais

Dit beveiligingsschema is zeer eenvoudig. Hierbij wordt de gehele lijn in verschillende secties verdeeld en elke sectie wordt voorzien van een definitief tijdsrelais. Het relais dat het dichtst bij het einde van de lijn ligt, heeft de minimale tijdsinstelling, terwijl de tijdsinstelling van de andere relais successievelijk wordt verhoogd, in de richting van de bron.

Stel bijvoorbeeld dat er een bron is op punt A, in de figuur hieronder

Op punt D is de schakelaar CB-3 geïnstalleerd met een definitieve tijdsinstelling van 0,5 seconde. Vervolgens, op punt C, is nog een schakelaar CB-2 geïnstalleerd met een definitieve tijdsinstelling van 1 seconde. De volgende schakelaar CB-1 is geïnstalleerd op punt B, dat het dichtst bij punt A ligt. Op punt B is het relais ingesteld op een tijdsinstelling van 1,5 seconde.

Stel nu dat er een storing optreedt op punt F. Door deze storing zal de stroom door alle stroomtransformatoren of CT's die in de lijn zijn verbonden, vloeien. Maar aangezien de tijdsinstelling van het relais op punt D het laagst is, zal de schakelaar CB-3, die met dit relais is geassocieerd, als eerste uitschakelen om de defecte zone van de rest van de lijn te isoleren.

Indien CB-3 om welke reden dan ook niet uitschakelt, zal het volgende hogere getimede relais werken om de geassocieerde schakelaar te laten uitschakelen. In dit geval zal CB-2 uitschakelen. Als CB-2 ook niet uitschakelt, zal de volgende schakelaar, namelijk CB-1, uitschakelen om een groot deel van de lijn te isoleren.

Voordelen van Definitieve Tijdlijnbeveiliging

Het belangrijkste voordeel van dit schema is de eenvoud. Het tweede belangrijke voordeel is dat bij een storing alleen de dichtstbijzijnde schakelaar in de richting van de bron vanaf het storingpunt zal werken om een specifieke positie van de lijn te isoleren.

Nadelen van Definitieve Tijdlijnbeveiliging

Met veel secties in een lijn heeft het relais dicht bij de bron een langere vertraging, wat betekent dat storingen dicht bij de bron langer nodig hebben om te isoleren, wat potentiële ernstige schade kan veroorzaken.

Overstroomlijnbeveiliging door Inverse Relais

Het nadeel dat we net bespraken in de definitieve tijds-overstroombeveiliging van overdrachtslijnen, kan eenvoudig worden overwonnen door gebruik te maken van inverse tijdsrelais. Bij inverse relais is de tijdsduur van de werking omgekeerd evenredig met de storingstroom.

In de bovenstaande figuur is de totale tijdsinstelling van het relais op punt D het laagst en wordt deze tijdsinstelling successievelijk verhoogd voor de relais die zijn geassocieerd met de punten in de richting van punt A.

Bij een storing op punt F zal CB-3 op punt D uiteraard uitschakelen. Indien CB-3 niet opengaat, zal CB-2 worden geactiveerd, omdat de totale tijdsinstelling in dat relais op punt C hoger is.

Ondanks dat het relais dicht bij de bron de langste instelling heeft, zal het sneller uitschakelen bij een grote storing dicht bij de bron, omdat de werkingsduur omgekeerd evenredig is met de storingstroom.

Overstroombeveiliging van Parallelle Voederlijnen

Om de stabiliteit van het systeem te waarborgen, is het nodig om een belasting vanuit de bron te voeden via twee of meer parallelle voederlijnen. Als er een storing optreedt in een van de voederlijnen, moet alleen die defecte voederlijn van het systeem worden geïsoleerd om de continuïteit van de energietoevoer van bron naar belasting te behouden. Dit vereist maakt de beveiliging van parallelle voederlijnen iets complexer dan eenvoudige niet-richtinggevoelige overstroombeveiliging van lijnen, zoals bij radiale voederlijnen. De beveiliging van parallelle voederlijnen vereist het gebruik van richtingsrelais en het graderen van de tijdsinstelling van het relais voor selectieve uitschakeling.

Er zijn twee voederlijnen parallel verbonden van bron naar belasting. Beide voederlijnen hebben een niet-richtinggevoelig overstroomrelais aan de bronkant. Deze relais moeten inverse tijdsrelais zijn. Ook hebben beide voederlijnen een richtingsrelais of reverse power relais aan hun belastingskant. De reverse power relais die hier worden gebruikt, moeten van het directe type zijn. Dat betekent dat deze relais onmiddellijk moeten werken zodra de stroomrichting in de voederlijn wordt omgekeerd. De normale richting van de stroom is van bron naar belasting.

Stel nu dat er een storing optreedt op punt F, waarbij de storingstroom I f is.

Deze storing krijgt twee parallelle paden van de bron, één via schakelaar A en de ander via CB-B, feeder-2, CB-Q, belastingsbus en CB-P. Dit is duidelijk weergegeven in de onderstaande figuur, waar IA en IB de stroom van de storing zijn die respectievelijk door feeder-1 en feeder-2 worden gedeeld.

Volgens Kirchoffs stromenwet is I A + IB = If.

Nu stroomt IA door CB-A, IB door CB-P. Aangezien de stroomrichting van CB-P omgekeerd is, zal deze onmiddellijk uitschakelen. Maar CB-Q zal niet uitschakelen, omdat de stroomrichting (kracht) in deze schakelaar niet omgekeerd is. Zodra CB-P is uitgeschakeld, houdt de storingstroom IB op met stromen door de voederlijn en dus is er geen sprake van verdere werking van het inverse tijds-overstroomrelais. IA blijft echter doorgaan, zelfs nadat CB-P is uitgeschakeld. Dan zal CB-A uitschakelen vanwege de overstroom IA. Op deze manier wordt de defecte voederlijn van het systeem geïsoleerd.

Differentiële Pilotdraadbeveiliging

Dit is simpelweg een differentiële beveiligingsschema dat wordt toegepast op voederlijnen. Verschillende differentiële schema's worden toegepast voor de beveiliging van lijnen, maar de Mess Price Voltage balance system en Translay Scheme worden het meest populair gebruikt.

Merz Price Balance System

Het werkingsprincipe van het Merz Price Balance-systeem is vrij eenvoudig. In dit schema van lijnbeveiliging wordt een identieke CT verbonden aan elk van de beide einden van de lijn. De polariteit van de CT's is hetzelfde. De secundaire zijde van deze stroomtransformatoren en de bedrading van twee directe relais vormen een gesloten lus, zoals in de onderstaande figuur wordt weergegeven. In de lus wordt een pilotdraad gebruikt om zowel de secundaire zijden van de CT's als de bedrading van beide relais te verbinden, zoals weergegeven.

Nu is het duidelijk dat wanneer het systeem in normale toestand is, er geen stroom door de lus zal stromen, omdat de secundaire stroom van de ene CT de secundaire stroom van de andere CT zal annuleren.

Als er nu een storing optreedt in het deel van de lijn tussen deze twee CT's, zal de secundaire stroom van de ene CT niet langer gelijk en tegengesteld zijn aan de secundaire stroom van de andere CT. Daarom zal er een resultante circulerende stroom in de lus zijn.

Door deze circulerende stroom zullen de spoelen van beide relais de uitschakelcircuits van de geassocieerde schakelaars sluiten. Daardoor wordt de defecte lijn van beide einden geïsoleerd.