Begrænset jordfejlbeskyttelse

Jordfejl: Årsager, konsekvenser og beskyttelsesforanstaltninger

Et jordfejl opstår, når der sker en uønsket elektrisk forbindelse mellem en strømførende ledning og jorden. Dette sker typisk på grund af isoleringsnedbrydning, som kan skyldes faktorer som aldring af elektriske komponenter, mekanisk skade eller udsættelse for hårde miljøforhold. Når et jordfejl indtræffer, stiger kortslutningsstrømme gennem det elektriske system. Disse fejlstrømme returnerer til kilden enten gennem jorden selv eller via forbundet elektrisk udstyr.

Tilstedeværelsen af jordfejlstrømme kan have alvorlige konsekvenser. De kan forårsage betydelig skade på udstyr i strømsystemet, herunder transformatorer, motorer og brydere, ved at overophede komponenter, smelte isolation og endda føre til fysisk ødelæggelse. Desuden forstyrrer jordfejl kontinuiteten i strømforsyningen, hvilket resulterer i strømafbrydelser, der kan påvirke bolig-, erhvervs- og industrielle forbrugere.

For at mindske risikoen forbundet med jordfejl anvendes begrænset jordfejlsbeskyttelsesskema. I hjertet af dette beskyttelsesskema ligger jordfejlrelayet, en vigtig komponent, der spiller en afgørende rolle i beskyttelsen af strømsystemet. Når et jordfejl registreres, udsteder jordfejlrelayet en afbrydelseskommando til kredsløbsbryderen. Denne handling isolerer hurtigt den defekte del af kredsløbet, hvilket begrænser flyden af fejlstrøm og minimere mulig skade.

Jordfejlrelayet er strategisk placeret i resten af strømtransformatorerne, som illustreret på figuren nedenfor. Denne placering gør det muligt for relayet at effektivt overvåge og registrere anormale strømflyd, der indikerer jordfejl. Specifikt giver det nødvendig beskyttelse for delta- eller ubeskjedne stjernewindinger af strømtransformatorer, der beskytter disse vigtige komponenter mod de ødelæggende effekter af fejlstrømme. Figuren nedenfor viser også de detaljerede forbindelser mellem jordfejlrelayet og stjerne- eller deltawindingerne på transformator, der fremhæver den præcise konfiguration, der sikrer pålidelig fejlregistrering og -beskyttelse.

Konfiguration og funktion af jordfejlsbeskyttelsessystem

Strømtransformatorer (CTs) spiller en afgørende rolle i jordfejlsbeskyttelsessystemet, strategisk placeret på begge sider af den angivne beskyttelseszonen. Sekundære terminaler på disse CTs er forbundet parallel med beskyttelsesrelayet, danner en vital elektrisk vej for fejlregistrering. Udgangen fra CTs er specielt designet til at repræsentere nulsekvensstrømmen, der flyder gennem elektriske linjer. Notabelt, under en ekstern fejl, er nulsekvensstrømmen ikke til stede, mens under en intern fejl, stiger den til en værdi, der er dobbelt så stor som den faktiske fejlstrøm.

Funktion af jordfejlsbeskyttelsessystemet

Stjerneforbundet side af elektriske systemet er beskyttet af et begrænset jordfejlsbeskyttelsesskema, som illustreret på figuren nedenfor. Dette beskyttelsesskema er konstrueret til præcis at registrere og reagere på jordfejl inden for den beskyttede zone, ved at udnytte de unikke egenskaber af nulsekvensstrømmen for at sikre hurtig og pålidelig fejlisolering.

Jordfejlsbeskyttelsessystem: Funktionelle mekanismer og designegenskaber

Antag, at en ekstern fejl, betegnet F1, indtræffer i elektriske netværk. Dette fejlhændelse inducerer strømme I1 og I2, der flyder gennem sekundære dele af strømtransformatorerne (CTs). På grund af den elektriske konfiguration og naturen af eksterne fejl, er den resulterende sum af I1 og I2 nul. I modsætning hertil, når en fejl indtræffer inden for beskyttelseszonen, siger F2, er kun strømmen I2 til stede; strømmen I1 effektivt udligner sig eller er for ringe. Denne I2 passer derefter gennem jordfejlrelayet, hvilket udløser dets funktion. Det er afgørende, at jordfejlrelayet er designet til udelukkende at aktivere i respons til interne fejl inden for beskyttelseszonen, hvilket sikrer, at det selektivt isolerer defekte dele af elektriske systemet.

Jordfejlrelayet skal have en høj grad af sensitivitet for præcist at registrere fejl. Det er konstrueret til at registrere fejlstrømme, der overstiger den nominerede vindingsstrøm med mindst 15%. Denne specifikke indstilling tillader relayet at beskytte en defineret, begrænset del af elektriske winding, hvilket er årsagen til, at dette beskyttelsesskema er passende navngivet begrænset jordfejlsbeskyttelse.

For at yderligere forbedre pålideligheden af beskyttelsessystemet, er en stabiliserende strøm forbundet i serie med relayet. Denne tilføjelse har en afgørende funktion: den effektivt mildner effekten af magnetiseringsindløbsstrømme. Magnetiseringsindløbsstrømme, som kan opstå under systemenergiering eller andre midlertidige hændelser, har potentialet til at forårsage falsk udløsning af relayet. Ved at modvirke disse uønskede strømme, sikrer den stabiliserende strøm, at jordfejlrelayet reagerer udelukkende på ægte fejltilstande, hvilket forbedrer det samlede integritet og pålidelighed af det elektriske beskyttelsessystem.