Balanced Aardfoutbeveiliging

Balanced Earth Fault Protection Scheme voor Kleine Generatoren

Het balanced earth fault protection scheme dient als een cruciale beveiliging, voornamelijk gebruikt voor de bescherming van kleine generatoren in scenario's waar differentiële en zelfbalancerende protectiesystemen geen haalbare opties zijn. Bij kleine generatoren zijn de neutrale einden van de driefase windingen intern verbonden met een enkel terminal. Hierdoor is het neutrale einde niet toegankelijk van buitenaf, waardoor conventionele beschermingsmethoden ondoeltreffend zijn. Dit is waar het balanced earth protection scheme ingrijpt, door essentiële bescherming te bieden tegen aardfouten. Het is belangrijk op te merken dat dit schema specifiek is ontworpen om aardfouten te detecteren en biedt geen bescherming tegen fase-tot-fase fouten, tenzij deze fase-tot-fase fouten zich later ontwikkelen tot aardfouten.

Aansluiting van het Balanced Earth Fault Protection Scheme

De implementatie van het balanced earth fault protection scheme vereist een nauwkeurige configuratie van stroomtransformatoren (CTs). In deze opstelling worden CTs geïnstalleerd op elke fase van de generator. Hun secundaire windingen worden vervolgens parallel verbonden met de secundaire winding van een andere CT. Deze extra CT wordt gemonteerd op de geleider die het sterpunt (neutraal) van de generator verbindt met de aarde. Een beschermingsrelais wordt strategisch verbonden over de gecombineerde secundaire windingen van al deze CTs. Deze opstelling stelt het protectiesysteem in staat om de stroomonevenwichtigheden te monitoren die optreden tijdens een aardfoutconditie, waardoor het relais potentiële fouten snel kan detecteren en erop kan reageren, zodat de kleine generator beschermd wordt tegen schade veroorzaakt door aardfouten.

Balanced Earth Fault Protection Scheme: Functionaliteit, Beperkingen en Belangrijkheid

Overzicht en Reikwijdte

De balanced protectieschema's zijn ontworpen om aardfouten binnen een gedefinieerd gebied te beschermen, specifiek het gebied tussen de neutrale en lijnzijde stroomtransformatoren (CTs). Dit gerichte beschermingsmechanisme is voornamelijk gericht op het detecteren van aardfouten binnen de statorwindingen van een generator. Opmerkelijk is dat het inactief blijft bij externe aardfouten, vandaar dat dit schema ook wel bekend staat als het restricted earth fault protection scheme. Bij grote generatoren wordt dit schema vaak geïmplementeerd als een extra laag bescherming, als aanvulling op andere meer omvattende protectiesystemen.

Operationeel Mechanisme

Normale Bedrijfsvoering

Onder normale bedrijfsomstandigheden van de generator is de som van de stromen die door de secundaire windingen van de stroomtransformatoren stromen precies nul. Bovendien is er geen stroomstroom van de secundaire naar het neutraal. Als gevolg hiervan blijft het beschermingsrelais dat bij het schema hoort gedemagnetiseerd, wat aangeeft dat het systeem zonder storing werkt.

Fout binnen het Beschermd Gebied

Wanneer een aardfout optreedt binnen het beschermd gebied (het gebied links van de lijnzijde CT), treedt een significante verandering op. De foutstroom begint te stromen door de primaire windingen van de stroomtransformatoren. Dit leidt op zijn beurt tot overeenkomstige secundaire stromen die door het relais stromen. Zodra de grootte van deze secundaire stromen een vooraf gedefinieerde drempel bereikt, wordt het relais geactiveerd, waardoor de circuitbreker tript en het defecte deel van de generator isoleert. Dit snelle reactievermogen helpt om verdere schade aan de generator door de fout te voorkomen.

Fout buiten het Beschermd Gebied

Bij het optreden van een fout buiten het beschermde gebied (rechts van de lijnzijde CT) is het elektrische gedrag anders. De som van de stromen aan de generator terminals is gelijk aan de stroom die door de neutrale verbinding stroomt. Dit evenwicht resulteert in geen netto stroom die door de werkspiraal van het relais stroomt. Daarom functioneert het relais niet, en het systeem blijft functioneren, ervan uitgaande dat de fout extern is en niet direct de integriteit van de beschermd statorwindingen van de generator bedreigt.

Nadelen

Ondanks zijn effectiviteit in veel scenario's heeft het balanced earth protection scheme opmerkelijke beperkingen. Wanneer een fout optreedt in de buurt van het neutrale terminal of wanneer de neutrale aarding wordt gerealiseerd via een weerstand of een distributietransformator, neemt de grootte van de foutstroom die door de secundaire van de stroomtransformator stroomt aanzienlijk af. In dergelijke gevallen kan deze verminderde stroom onder de pick-up stroom van het relais vallen, wat de minimale stroom is die nodig is om het relais te activeren. Hierdoor faalt het relais om te functioneren, waardoor de foutstroom blijft bestaan binnen de generatorwindingen. Deze langdurige blootstelling aan foutstroom kan leiden tot oververhitting, isolatieverslechtering en mogelijk ernstige schade aan de generator, wat de belangrijkheid onderstreept van het begrijpen en adresseren van deze beperkingen in praktische toepassingen.