Balanceret jordfejlbeskyttelse

Balanced Earth Fault Protection Scheme for Small Generators

Den balancede jordfejlbeskyttelsesskema fungerer som en vigtig sikring, primært anvendt til beskyttelse af små generatorer i situationer, hvor differential- og selvbalancerede beskyttelsessystemer ikke er praktiske løsninger. I små generatorer er de neutrale ender af de trefasede vindinger internt forbundet til en enkelt terminal. Dette gør den neutrale ende uopnåelig fra ydersiden, hvilket gør konventionelle beskyttelsesmetoder ineffektive. Her kommer det balancede jordfejlbeskyttelsesskema ind i billedet, ved at give nødvendig beskyttelse mod jordfejl. Det er vigtigt at bemærke, at dette skema specifikt er designet til at opdage jordfejl og tilbyder ikke beskyttelse mod fasesammenhørende fejl, medmindre disse fasesammenhørende fejl senere udvikler sig til jordfejl.

Forbindelse af Balanced Earth Fault Protection Scheme

Implementeringen af det balancede jordfejlbeskyttelsesskema involverer en præcis konfiguration af strømtransformatorer (CTs). I denne opsætning installeres CTs på hver af generatorens faser. Deres sekundære vindinger forbinder herefter parallelle med sekundær vindingen af en anden CT. Denne ekstra CT monteres på ledningen, der forbinder generatorens stjernepunkt (neutral) med jorden. En beskyttelsesrelæ forbinder strategisk over de kombinerede sekundære vindinger af alle disse CTs. Denne konfiguration giver beskyttelsessystemet mulighed for at overvåge strømforskellene, der opstår under en jordfejltilstand, hvilket gør, at relæet hurtigt kan opdage og reagere på potentielle fejl, og dermed beskytte den lille generator mod skader forårsaget af jordfejl.

Balanced Earth Fault Protection Scheme: Funktionalitet, begrænsninger og betydning

Oversigt og omfang

De balancede beskyttelsesskemaer er konstrueret til at beskytte mod jordfejl inden for et defineret område, specifikt det område, der er begrænset mellem de neutrale- og linjeside strømtransformatorer (CTs). Denne målrettede beskyttelsesmekanisme fokuserer hovedsageligt på at opdage jordfejl inden for generatorens statorvindinger. Bemærkelsesværdigt er, at den forbliver inaktiv under eksterne jordfejl, hvilket er, hvorfor dette skema også ofte refereres til som det begrænsede jordfejlbeskyttelsesskema. I store generatorer implementeres dette skema ofte som et ekstra lag af beskyttelse, der komplementerer andre mere omfattende beskyttelsessystemer.

Driftsmekanisme

Normal drift

Under normal drift af generatoren er summen af strømmene, der flyder gennem sekundære vindingerne af strømtransformatorerne, præcist nul. Desuden er der ingen strøm, der flyder fra sekundær til neutral. Dette resulterer i, at det beskyttelsesrelæ, der er associeret med skemaet, forbliver uden energi, hvilket indikerer, at systemet fungerer uden fejltilstande.

Fejl inden for beskyttelseszonen

Når en jordfejl opstår inden for beskyttelseszonen (området til venstre for linjeside CT), finder en betydelig ændring sted. Fejlstrømmen begynder at flyde gennem de primære vindinger af strømtransformatorerne. Dette inducerer derefter tilsvarende sekundære strømme, der passerer gennem relæet. Når størrelsen af disse sekundære strømme når en prædefineret tærskel, aktiveres relæet, hvilket udløser kredsløbsbryderen til at springe og isolere den defekte del af generatoren. Denne hurtige respons hjælper med at forhindre yderligere skade på generatoren på grund af fejlen.

Fejl uden for beskyttelseszonen

Hvis en fejl opstår uden for beskyttelseszonen (til højre for linjeside CT), er den elektriske opførsel forskellig. Summen af strømme ved generatorterminalerne er lig med strømmen, der flyder i den neutrale forbindelse. Denne balance resulterer i, at der ikke er nogen nettostrøm, der flyder gennem arbejdspolet i relæet. Konsekvensen heraf er, at relæet ikke aktiveres, og systemet fortsætter med at fungere, idet det antages, at fejlen er ekstern og ikke direkte truer integriteten af generatorens beskyttede statorvindinger.

Ulemper

Trot for sin effektivitet i mange situationer har det balancede jordbeskyttelsesskema bemærkelsesværdige begrænsninger. Når en fejl opstår i nærheden af den neutrale terminal eller når den neutrale jordforbindelse er etableret gennem en modstand eller en distributions-transformator, bliver størrelsen af fejlstrømmen, der flyder gennem sekundærvindingen af strømtransformatorerne, betydeligt reduceret. I sådanne tilfælde kan denne reducerede strøm falde under relæets pick-up-strøm, som er den mindste strøm, der kræves for at aktivere relæet. Som resultat af dette mislykkes relæet for at fungere, hvilket tillader, at fejlstrømmen fortsætter inden for generatorvindingerne. Denne forlængede eksponering for fejlstrøm kan føre til overophedning, isolationens nedbrydning og potentielt alvorlig skade på generatoren, hvilket understreger vigtigheden af at forstå og adressere disse begrænsninger i praktiske applikationer.