Beperkte aardfoutbeveiliging

Aardlekkages: Oorzaken, Gevolgen en Beschermende Maatregelen

Een aardlek treedt op wanneer er een onbedoelde elektrische verbinding is tussen een live geleider en de aarde. Dit gebeurt meestal door isolatiebreuk, veroorzaakt door factoren zoals veroudering van elektrische componenten, mechanische schade of blootstelling aan extreme omstandigheden. Wanneer een aardlek optreedt, stijgen kortsluitstromen door het elektrische systeem. Deze foutstromen keren terug naar de bron, ofwel via de aarde zelf of via aangesloten elektrische apparatuur.

De aanwezigheid van aardlekkage-stromen kan ernstige gevolgen hebben. Ze kunnen aanzienlijke schade toebrengen aan de apparatuur in het elektriciteitsnet, waaronder transformatoren, motoren en schakelapparatuur, door componenten te oververhitten, isolatie te smelten en zelfs fysieke vernietiging te veroorzaken. Bovendien verstoren aardlekken de continuïteit van de elektriciteit, wat stroomuitval kan veroorzaken die huishoudelijke, commerciële en industriële consumenten beïnvloedt.

Om de risico's die gepaard gaan met aardlekken te verminderen, wordt een beperkte aardlekkage-beschermingsschema toegepast. Het kernonderdeel van dit beschermingsschema is de aardlekkagerelay, een cruciale component die een belangrijke rol speelt bij het beschermen van het elektriciteitsnet. Wanneer een aardlek wordt gedetecteerd, geeft de aardlekkagerelay een uitkoppelingscommando aan de circuitbreker. Deze actie isoleert snel het defecte gedeelte van het circuit, waardoor de stroom van de foutstroom wordt beperkt en eventuele schade wordt geminimaliseerd.

De aardlekkagerelay is strategisch geplaatst in het resterende deel van de stroomtransformatoren, zoals getoond in de onderstaande afbeelding. Deze plaatsing stelt de relay in staat om effectief te monitoren en afwijkende stroomstromen te detecteren die duiden op aardlekken. Specifiek biedt het essentiële bescherming voor de delta- of ongeaarde sterwindingen van krachttransformatoren, waarbij deze cruciale componenten worden beschermd tegen de destructieve effecten van foutstromen. De onderstaande afbeelding toont ook de gedetailleerde verbindingen van de aardlekkagerelay met de ster- of deltawindingen van de transformatoren, waarmee de precieze configuratie wordt benadrukt die betrouwbare foutdetectie en -bescherming garandeert.

Configuratie en Werking van het Aardlekkage-Beschermingssysteem

Stroomtransformatoren (CT's) spelen een cruciale rol in het aardlekkage-beschermingssysteem, strategisch geplaatst aan beide zijden van de aangewezen beschermingszone. De secundaire aansluitingen van deze CT's zijn parallel verbonden met de beschermingsrelay, vormend een vitale elektrische weg voor foutdetectie. De uitvoer van de CT's is speciaal ontworpen om de nulreeksstroom te vertegenwoordigen die door de elektrische lijn stroomt. Opmerkelijk genoeg blijft de nulreeksstroom afwezig tijdens een externe fout, terwijl bij een interne fout de stroom stijgt tot een waarde die tweemaal de grootte is van de daadwerkelijke foutstroom.

Werking van het Aardlekkage-Beschermingssysteem

De ster-verbonden zijde van het elektrische systeem wordt beschermd door een beperkte aardlekkage-bescherming, zoals getoond in de onderstaande afbeelding. Dit beschermingsschema is ontworpen om aardlekken binnen de beschermd zone nauwkeurig te detecteren en hierop te reageren, gebruikmakend van de unieke kenmerken van de nulreeksstroom om snelle en betrouwbare foutisolatie te garanderen.

Aardlekkage-Beschermingssysteem: Operationele Mechanismen en Ontwerpkenmerken

Stel dat er een externe fout, aangeduid als F1, optreedt binnen het elektrische netwerk. Dit fautevenement veroorzaakt stromen I1 en I2 die door de secondaires van de stroomtransformatoren (CT's) stromen. Door de elektrische configuratie en de aard van externe fouten is de resulterende som van I1 en I2 nul. In contrast, wanneer een fout optreedt binnen de beschermde zone, zeg F2, is alleen de stroom I2 aanwezig; de stroom I1 wordt effectief geannuleerd of is verwaarloosbaar. Deze I2 gaat dan door de aardlekkagerelay, waardoor deze in werking wordt gesteld. Cruciaal is dat de aardlekkagerelay is ontworpen om uitsluitend te reageren op interne fouten binnen de beschermde zone, waardoor hij selectief defecte secties van het elektrische systeem isoleert.

De aardlekkagerelay moet een hoge mate van gevoeligheid bezitten om fouten nauwkeurig te detecteren. Hij is ontworpen om foutstromen te detecteren die minstens 15% boven de nominaal windingstroom liggen. Deze specifieke instelling stelt de relay in staat om een gedefinieerd, beperkt deel van de winding te beschermen, vandaar de naam beperkte aardlekkage-bescherming.

Om de betrouwbaarheid van het beschermingssysteem verder te versterken, wordt een stabiliserende stroom in serie met de relay verbonden. Deze toevoeging heeft een cruciale functie: het vermindert effectief de impact van magnetisatie-inrushstromen. Magnetisatie-inrushstromen, die kunnen optreden tijdens het energiseren van het systeem of andere tijdelijke gebeurtenissen, hebben het potentieel om valse uitschakelingen van de relay te veroorzaken. Door deze ongewenste stromen te neutraliseren, zorgt de stabiliserende stroom ervoor dat de aardlekkagerelay alleen reageert op echte foutcondities, waardoor de algehele integriteit en betrouwbaarheid van het elektrische beschermingssysteem wordt verbeterd.