Omezená ochrana proti zemní chybě

Původ zemních chyb, jejich dopady a ochranná opatření

Zemní chyba nastává, když dojde k nezáměrnému elektrickému spojení mezi živým vodičem a zemí. Toto se obvykle stane kvůli poruše izolace, kterou mohou způsobit faktory jako stárnutí elektrických komponent, mechanické poškození nebo expozice na přísné podmínky prostředí. Když dojde k zemní chybě, proudy krátkého zapojení prosviští skrz elektrický systém. Tyto chybové proudy se vracejí zpět ke zdroji buď přímo skrz zemi, nebo přes připojené elektrické zařízení.

Přítomnost zemních chybových proudů může mít vážné následky. Mohou způsobit významné poškození zařízení v elektrickém systému, včetně transformátorů, motorů a rozváděcích zařízení, tím, že přehřejí komponenty, roztaví izolaci a dokonce mohou vést k fyzické destrukci. Navíc zemní chyby ruší kontinuitu dodávky elektrické energie, což může ovlivnit bytové, komerční a průmyslové spotřebitele.

Aby bylo možné snížit rizika spojená s zemními chybami, je používán systém omezené ochrany proti zemním chybám. V jádru tohoto ochranného systému leží relé zemní chyby, klíčová komponenta, která hraje zásadní roli v ochraně elektrického systému. Když je zaznamenána zemní chyba, relé zemní chyby vydá příkaz k vyřazení okruhu. Tato akce rychle izoluje vadnou část okruhu, což omezí tok chybového proudu a minimalizuje potenciální škody.

Relé zemní chyby je strategicky umístěno v reziduální části transformátorů proudu, jak je znázorněno na obrázku níže. Toto umístění umožňuje relé efektivně monitorovat a detekovat neobvyklé toky proudu, které naznačují zemní chybu. Konkrétně poskytuje zásadní ochranu pro delta nebo nezemněná hvězdicová vinutí transformátorů, chrání tedy tyto klíčové komponenty před ničivými účinky chybových proudů. Obrázek níže také ukazuje detailní spojení relé zemní chyby s hvězdicovými nebo deltovými vinutími transformátoru, zdůrazňuje přesnou konfiguraci, která zajišťuje spolehlivou detekci a ochranu před chybami.

Konfigurace a funkce systému ochrany proti zemním chybám

Transformátory proudu (CT) hrají klíčovou roli v systému ochrany proti zemním chybám, jsou strategicky umístěny na obou stranách stanovené ochranné zóny. Sekundární terminály těchto CT jsou připojeny paralelně s ochranným relé, tvoří tedy důležitou elektrickou cestu pro detekci chyb. Výstup CT je speciálně navržen tak, aby reprezentoval nulový sekvenční proud tekoucí skrz elektrickou linku. Během externí chyby zůstává nulový sekvenční proud nepřítomen, zatímco v případě interní chyby se zvýší na hodnotu, která je dvakrát větší než skutečný chybový proud.

Funkce systému ochrany proti zemním chybám

Hvězdicově spojená strana elektrického systému je chráněna mechanismem omezené ochrany proti zemním chybám, jak je znázorněno na obrázku níže. Tento ochranný systém je navržen tak, aby přesně detekoval a reagoval na zemní chyby uvnitř chráněné zóny, využívá jedinečné charakteristiky nulového sekvenčního proudu k zajištění rychlé a spolehlivé izolace chyb.

Systém ochrany proti zemním chybám: Funkční mechanismy a designové prvky

Pokud dojde k externí chybě, označené jako F1, v elektrické síti, tento chybový incident indukuje proudy I1 a I2, které procházejí sekundárními částmi transformátorů proudu (CT). Díky elektrické konfiguraci a povaze externích chyb je výsledný součet I1 a I2 nulový. Naopak, když dojde k chybě uvnitř ochranné zóny, řekněme F2, je přítomen pouze proud I2; proud I1 je efektivně zrušen nebo je zanedbatelný. Tento I2 pak prochází relé zemní chyby, což jeho aktivaci vyvolá. Relé zemní chyby je navrženo tak, aby se aktivovalo pouze v reakci na interní chyby uvnitř ochranné zóny, což zajistí selektivní izolaci vadných částí elektrického systému.

Relé zemní chyby musí disponovat vysokou citlivostí, aby mohlo přesně detekovat chyby. Je navrženo tak, aby zachytávalo chybové proudy, které přesahují nominální proud vinutí alespoň o 15 %. Toto specifické nastavení umožňuje relé chránit definovanou, omezenou část elektrického vinutí, proto je tento ochranný systém vhodně nazván omezenou ochranou proti zemním chybám.

Pro další zlepšení spolehlivosti ochranného systému je stabilizační proud připojen sériově s relé. Toto přidání plní klíčovou funkci: efektivně odstraňuje dopad magnetizačních vstupních proudů. Magnetizační vstupní proudy, které mohou nastat během energizace systému nebo jiných přechodných událostí, mohou způsobit falešné vyřazení relé. Stabilizační proud, který těmto nežádoucím proudům protiúčinkuje, zajistí, že relé zemní chyby reaguje pouze na skutečné chybové situace, což zlepšuje celkovou integritu a spolehlivost elektrického ochranného systému.