Ausgeglichener Erdfehlerschutz
Ausgeglichenes Erdfehlerschutzsystem für kleine Generatoren
Das ausgeglichene Erdfehlerschutzsystem dient als wichtiger Schutz, der hauptsächlich für den Schutz kleiner Generatoren in Szenarien eingesetzt wird, in denen Differenzialschutz- und selbstausgleichende Schutzsysteme keine praktikablen Optionen sind. Bei kleinen Generatoren sind die neutralen Enden der dreiphasigen Wicklungen intern an einen einzigen Anschluss verbunden. Daher ist das neutrale Ende von außen nicht zugänglich, was herkömmliche Schutzmethoden unwirksam macht. Hier setzt das ausgeglichene Erdfehlerschutzsystem ein, indem es wesentlichen Schutz gegen Erdfehler bietet. Es ist wichtig zu beachten, dass dieses System speziell entwickelt wurde, um Erdfehler zu erkennen und keinen Schutz gegen Phasen-zu-Phasen-Fehler bietet, es sei denn, diese Phasen-zu-Phasen-Fehler entwickeln sich anschließend zu Erdfehlern.
Verbindung des ausgeglichenen Erdfehlerschutzsystems
Die Implementierung des ausgeglichenen Erdfehlerschutzsystems erfordert eine präzise Konfiguration von Stromwandlern (CTs). In dieser Einrichtung werden CTs auf jeder Phase des Generators installiert. Ihre Sekundärwicklungen werden dann parallel zur Sekundärwicklung eines weiteren CT verbunden. Dieser zusätzliche CT wird auf dem Leiter montiert, der den Sternpunkt (Neutral) des Generators mit der Erde verbindet. Ein Schutzrelais wird strategisch über die kombinierten Sekundärwicklungen aller dieser CTs verbunden. Diese Anordnung ermöglicht es dem Schutzsystem, die bei einem Erdfehler auftretenden Stromungleichgewichte zu überwachen, sodass das Relais potenzielle Fehler schnell erkennen und darauf reagieren kann, wodurch der kleine Generator vor Schäden durch Erdfehler geschützt wird.
Ausgeglichenes Erdfehlerschutzsystem: Funktionalität, Einschränkungen und Bedeutung
Überblick und Umfang
Die ausgeglichenen Schutzsysteme sind konzipiert, um Erdfehler in einem definierten Bereich abzusichern, insbesondere im Bereich zwischen den neutralen und linenseitigen Stromwandlern (CTs). Dieses gezielte Schutzmechanismus konzentriert sich hauptsächlich auf die Erkennung von Erdfehlern innerhalb der Statorwicklungen eines Generators. Bemerkenswert ist, dass es bei externen Erdfehlern inaktiv bleibt, weshalb dieses System auch als eingeschränktes Erdfehlerschutzsystem bezeichnet wird. Bei großen Generatoren wird dieses System oft als zusätzliche Schutzebene implementiert, ergänzend zu anderen umfassenderen Schutzsystemen.
Funktionsweise
Normaler Betrieb
Bei normalen Betriebsbedingungen des Generators beträgt die Summe der Ströme, die durch die Sekundärwicklungen der Stromwandler fließen, genau null. Zudem fließt kein Strom vom Sekundär zum Neutral. Als Ergebnis bleibt das dem System zugeordnete Schutzrelais entenergiert, was bedeutet, dass das System ohne Fehlbedingungen arbeitet.
Wenn ein Erdfehler innerhalb des geschützten Bereichs (der Bereich links des linenseitigen CTs) auftritt, tritt eine signifikante Veränderung ein. Der Fehlerstrom beginnt, durch die Primärwicklungen der Stromwandler zu fließen. Dies induziert entsprechende Sekundärströme, die durch das Relais fließen. Sobald die Größe dieser Sekundärströme einen vordefinierten Schwellenwert erreicht, wird das Relais aktiviert, löst den Schaltkreis aus und isoliert den fehlerhaften Teil des Generators. Diese schnelle Reaktion hilft, weitere Schäden am Generator durch den Fehler zu verhindern.
Fehler außerhalb des geschützten Bereichs
Im Falle eines Fehlers, der außerhalb des geschützten Bereichs (rechts des linenseitigen CTs) auftritt, ist das elektrische Verhalten anders. Die Summe der Ströme an den Generatoranschlüssen entspricht dem Strom, der in der Neutralverbindung fließt. Dieses Gleichgewicht führt dazu, dass kein Nettostrom durch die Betriebswicklung des Relais fließt. Folglich wird das Relais nicht aktiviert, und das System funktioniert weiter, unter der Annahme, dass der Fehler extern ist und die Integrität der geschützten Statorwicklungen des Generators nicht direkt bedroht.
Nachteile
Trotz seiner Effektivität in vielen Szenarien hat das ausgeglichene Erdfehlerschutzsystem bemerkenswerte Einschränkungen. Wenn ein Fehler in der Nähe des neutralen Anschlusses oder wenn die neutrale Erdung über einen Widerstand oder einen Verteilungstransformator hergestellt wird, wird die Größe des Fehlerstroms, der durch die Sekundärwicklung des Stromwandler fließt, signifikant reduziert. In solchen Fällen kann dieser verringerte Strom unter den Ansprechstrom des Relais fallen, was der Mindeststrom ist, der erforderlich ist, um das Relais zu aktivieren. Als Ergebnis schaltet das Relais nicht ein, was den Fehlerstrom innerhalb der Generatorwicklungen bestehen lässt. Diese langanhaltende Belastung mit dem Fehlerstrom kann zu Überhitzung, Isolierstoffverschlechterung und möglicherweise schweren Schäden am Generator führen, was die Bedeutung des Verständnisses und der Bewältigung dieser Einschränkungen in der Praxis hervorhebt.
