حمایت محدود شده خطا زمینی
خطاهای زمینی: دلایل، تأثیرات و اقدامات محافظتی
خطای زمینی زمانی رخ می‌دهد که اتصال الکتریکی غیر مورد نظر بین یک هادی زنده و زمین ایجاد شود. این اتفاق معمولاً به دلیل خرابی عایق بندی اتفاق می‌افتد که می‌تواند به دلایلی مانند پیری قطعات الکتریکی، آسیب مکانیکی یا مواجهه با شرایط محیطی سخت ایجاد شود. هنگامی که خطای زمینی رخ می‌دهد، جریان‌های کوتاه‌مدار از طریق سیستم الکتریکی حرکت می‌کنند. این جریان‌های خطا از طریق خود زمین یا تجهیزات الکتریکی متصل به منبع بر می‌گردند.
حضور جریان‌های خطا زمینی می‌تواند پیامدهای جدی داشته باشد. آنها می‌توانند آسیب‌های قابل توجهی به تجهیزات موجود در سیستم توان ایجاد کنند، از جمله ترانسفورماتورها، موتورها و دستگاه‌های کلیدزنی، با گرم شدن قطعات، ذوب عایق و حتی منجر به تخریب فیزیکی شوند. علاوه بر این، خطاهای زمینی مداومیت تأمین الکتریکی را مختل می‌کنند که می‌تواند منجر به قطع برق شود که می‌تواند مصرف‌کنندگان مسکونی، تجاری و صنعتی را تحت تأثیر قرار دهد.
برای کاهش ریسک‌های مرتبط با خطاهای زمینی، از طرح حفاظتی محدود شده خطای زمینی استفاده می‌شود. در مرکز این طرح حفاظتی، رله خطای زمینی قرار دارد که عنصر مهمی است که نقش حیاتی در حفاظت از سیستم توان دارد. هنگامی که خطای زمینی تشخیص داده می‌شود، رله خطای زمینی دستور قطع به دستگاه کلیدزنی می‌دهد. این عمل با سرعت بخش معیوب مدار را جدا می‌کند، بنابراین جریان خطا را محدود می‌کند و آسیب‌پذیری را کاهش می‌دهد.
رله خطای زمینی به طور استراتژیک در بخش باقی‌مانده ترانسفورماتورهای جریان قرار دارد، مانند آنچه در شکل زیر نشان داده شده است. این موقعیت‌گیری به رله اجازه می‌دهد تا به طور موثر جریان‌های غیرعادی را نظارت و تشخیص دهد که نشان‌دهنده خطاهای زمینی هستند. به طور خاص، این رله حفاظت ضروری برای پیچش‌های دلتا یا ستاره‌ای بدون زمین ترانسفورماتورهای توان ارائه می‌دهد، که این المان‌های مهم را از تأثیرات ویرانگر جریان‌های خطا محافظت می‌کند. شکل زیر همچنین اتصالات دقیق رله خطای زمینی با پیچش‌های ستاره‌ای یا دلتای ترانسفورماتور را نشان می‌دهد که تنظیم دقیقی را ارائه می‌دهد که اطمینان حاصل کند که تشخیص و حفاظت از خطای صحیح است.
پیکربندی و عملکرد سیستم حفاظتی خطای زمینی
ترانسفورماتورهای جریان (CTs) نقش مهمی در سیستم حفاظتی خطای زمینی دارند که به طور استراتژیک در هر دو طرف منطقه حفاظتی تعیین شده قرار دارند. انتهای ثانویه این CTs به موازات رله حفاظتی متصل می‌شوند و یک مسیر الکتریکی حیاتی برای تشخیص خطا ایجاد می‌کنند. خروجی CTs به طور خاص طراحی شده است تا جریان دنباله صفر را که از طریق خط الکتریکی می‌گذرد نمایان کند. توجه داشته باشید که در حالت خطا خارجی، جریان دنباله صفر وجود ندارد، در حالی که در صورت خطا داخلی، این جریان به مقداری دوبرابر جریان خطا واقعی افزایش می‌یابد.
عملکرد سیستم حفاظتی خطای زمینی
طرف ستاره‌ای متصل شده سیستم الکتریکی توسط مکانیسم حفاظتی محدود شده خطای زمینی محافظت می‌شود، مانند آنچه در شکل زیر نشان داده شده است. این طرح حفاظتی برای تشخیص و واکنش به خطاهای زمینی در منطقه حفاظتی طراحی شده است که از ویژگی‌های منحصر به فرد جریان دنباله صفر برای اطمینان حاصل کند که جداسازی سریع و قابل اعتماد خطا انجام شود.
سیستم حفاظتی خطای زمینی: مکانیزم‌های عملیاتی و ویژگی‌های طراحی
فرض کنید خطا خارجی F1 در شبکه الکتریکی رخ دهد. این رویداد خطا جریان‌های I1 و I2 را که از طریق دومین CTs می‌گذرند القا می‌کند. به دلیل پیکربندی الکتریکی و ماهیت خطا خارجی، مجموع نتیجه I1 و I2 صفر است. در مقابل، هنگامی که خطا در منطقه حفاظتی رخ می‌دهد، مثلاً F2، فقط جریان I2 وجود دارد؛ جریان I1 به طور مؤثر لغو می‌شود یا قابل چشم‌پوشی است. این I2 سپس از طریق رله خطای زمینی عبور می‌کند و عملکرد آن را فعال می‌کند. به طور حیاتی، رله خطای زمینی طراحی شده است تا فقط به خطا داخلی در منطقه حفاظتی واکنش نشان دهد، که اطمینان حاصل می‌کند که به طور انتخابی بخش‌های معیوب سیستم الکتریکی را جدا می‌کند.
رله خطای زمینی باید حساسیت بالایی داشته باشد تا به طور دقیق خطا را تشخیص دهد. این رله طراحی شده است تا جریان‌های خطا را که حداقل ۱۵٪ بیشتر از جریان bobin مجاز است را تشخیص دهد. این تنظیم خاص به رله اجازه می‌دهد تا بخشی مشخص و محدود از bobin الکتریکی را محافظت کند، که این است که چرا این طرح حفاظتی به طور مناسب حفاظت محدود خطای زمینی نامیده می‌شود.
برای افزایش بیشتر قابلیت اطمینان سیستم حفاظتی، جریان پایداری به طور سری با رله متصل می‌شود. این افزودن عملکرد حیاتی دارد: به طور مؤثر تأثیر جریان‌های پرش مغناطیسی را کاهش می‌دهد. جریان‌های پرش مغناطیسی که می‌توانند در زمان تغذیه سیستم یا رویدادهای گذرا رخ دهند، می‌توانند باعث قطع نادرست رله شوند. با مقابله با این جریان‌های ناخواسته، جریان پایدار اطمینان حاصل می‌کند که رله خطای زمینی فقط به شرایط واقعی خطا پاسخ می‌دهد و در نتیجه کامل‌بودن و قابلیت اعتماد سیستم حفاظتی الکتریکی را بهبود می‌بخشد.
