Eingeschränkter Erdfehlerschutz
Erdfehler: Ursachen, Auswirkungen und Schutzmaßnahmen
Ein Erdfehler tritt auf, wenn es eine ungewollte elektrische Verbindung zwischen einem leitenden Leiter und der Erde gibt. Dies geschieht in der Regel aufgrund eines Isolierstoffversagens, das durch Faktoren wie das Altern von elektrischen Komponenten, mechanische Schäden oder die Exposition gegenüber harschen Umgebungsbedingungen verursacht werden kann. Wenn ein Erdfehler auftritt, strömen Kurzschlussströme durch das elektrische System. Diese Fehlerströme fließen entweder über die Erde selbst oder über angeschlossene elektrische Geräte zurück zur Quelle.
Die Anwesenheit von Erdfehlerströmen kann schwerwiegende Folgen haben. Sie können erhebliche Schäden an den Geräten im Stromnetz verursachen, einschließlich Transformatoren, Motoren und Schaltanlagen, indem sie Komponenten überhitzen, Isolierstoffe schmelzen lassen und sogar zu physischer Zerstörung führen. Darüber hinaus stören Erdfehler die Kontinuität der Elektrizitätsversorgung, was zu Stromausfällen führt, die Wohn-, Gewerbe- und Industrieverbraucher betreffen können.
Um die mit Erdfehlern verbundenen Risiken zu minimieren, wird das eingeschränkte Erdfehlerschutzsystem eingesetzt. Im Kern dieses Schutzsystems steht der Erdfehlerrelais, eine kritische Komponente, die eine zentrale Rolle bei dem Schutz des Stromnetzes spielt. Wenn ein Erdfehler erkannt wird, gibt das Erdfehlerrelais einen Ausschaltbefehl an den Schaltkreis. Diese Aktion isoliert schnell den defekten Teil des Schaltkreises, wodurch der Fluss des Fehlerstroms begrenzt und potenzielle Schäden minimiert werden.
Das Erdfehlerrelais ist strategisch in dem Reststromteil der Stromwandlern positioniert, wie in der unten dargestellten Abbildung gezeigt. Diese Positionierung ermöglicht es dem Relais, effektiv zu überwachen und abnormale Stromflüsse, die auf Erdfehler hinweisen, zu erkennen. Insbesondere bietet es wesentlichen Schutz für die Delta- oder ungeerdeten Sternwicklungen von Starkrafttransformatorn, um diese kritischen Komponenten vor den zerstörerischen Auswirkungen von Fehlerströmen zu schützen. Die unten dargestellte Abbildung zeigt auch die detaillierten Verbindungen des Erdfehlerrelais mit den Stern- oder Deltawicklungen des Transformators, wobei die präzise Konfiguration hervorgehoben wird, die eine zuverlässige Fehlererkennung und -absicherung sicherstellt.
Konfiguration und Funktion des Erdfehlerschutzsystems
Stromwandler (CTs) spielen eine entscheidende Rolle im Erdfehlerschutzsystem und sind strategisch auf beiden Seiten der festgelegten Schutzzone positioniert. Die Sekundäranschlüsse dieser CTs sind parallel mit dem Schutzrelais verbunden, was einen wichtigen elektrischen Pfad für die Fehlererkennung bildet. Das Ausgangssignal der CTs ist speziell darauf ausgelegt, den Nullfolgestrom darzustellen, der durch die elektrische Leitung fließt. Bemerkenswert ist, dass bei einem externen Fehler der Nullfolgestrom fehlt, während bei einem internen Fehler sein Wert auf das Doppelte des tatsächlichen Fehlerstroms ansteigt.
Funktion des Erdfehlerschutzsystems
Die sternverkabelte Seite des elektrischen Systems wird durch ein eingeschränktes Erdfehlerschutzsystem geschützt, wie in der unten dargestellten Abbildung gezeigt. Dieses Schutzsystem ist so konzipiert, dass es Erdfehler innerhalb der Schutzzone präzise erkennt und darauf reagiert, indem es die einzigartigen Eigenschaften des Nullfolgestroms nutzt, um eine schnelle und zuverlässige Fehlerisolierung sicherzustellen.
Erdfehlerschutzsystem: Funktionsmechanismen und Designmerkmale
Angenommen, ein externer Fehler, bezeichnet als F1, tritt im elektrischen Netzwerk auf. Dieses Fehlerereignis induziert Ströme I1 und I2, die durch die Sekundärseiten der Stromwandler (CTs) fließen. Aufgrund der elektrischen Konfiguration und der Natur externer Fehler ergibt sich die resultierende Summe von I1 und I2 gleich null. Im Gegensatz dazu, wenn ein Fehler innerhalb der Schutzzone, sagen wir F2, auftritt, ist nur der Strom I2 vorhanden; der Strom I1 hebt sich effektiv aus oder ist vernachlässigbar. Dieser I2 fließt dann durch das Erdfehlerrelais und löst dessen Betrieb aus. Wichtig ist, dass das Erdfehlerrelais ausschließlich auf interne Fehler innerhalb der Schutzzone reagiert, um sicherzustellen, dass es selektiv defekte Abschnitte des elektrischen Systems isoliert.
Das Erdfehlerrelais muss eine hohe Empfindlichkeit besitzen, um Fehler präzise zu erkennen. Es ist so konstruiert, dass es Fehlerströme erkennt, die das Nennstromdurchfluss der Wicklung um mindestens 15 % überschreiten. Diese spezifische Einstellung ermöglicht es dem Relais, einen definierten, eingeschränkten Teil der elektrischen Wicklung zu schützen, weshalb dieses Schutzsystem als eingeschränkter Erdfehlerschutz bezeichnet wird.
Um die Zuverlässigkeit des Schutzsystems weiter zu verbessern, wird ein Stabilisierungsstrom in Serie mit dem Relais verbunden. Diese Ergänzung hat eine wichtige Funktion: Sie mindert effektiv die Auswirkungen von Magnetisierungseinströmen. Magnetisierungseinströme, die während der Energiespeisung oder anderen transitorischen Ereignissen auftreten können, haben das Potenzial, das Relais fälschlicherweise auszulösen. Durch die Gegenwirkung dieser unerwünschten Ströme stellt der Stabilisierungsstrom sicher, dass das Erdfehlerrelais nur auf echte Fehlerbedingungen reagiert, wodurch die Gesamtintegrität und Verlässlichkeit des elektrischen Schutzsystems verbessert wird.
