Begrenset jordfeilbeskyttelse

Jordfeil: Årsaker, konsekvenser og beskyttelsesforanstaltninger

En jordfeil oppstår når det skjer en uønsket elektrisk forbindelse mellom en liveleder og jorden. Dette skjer ofte på grunn av isolasjonsnedbrytning, som kan være forårsaket av faktorer som aldring av elektriske komponenter, mekanisk skade eller eksponering for tøffe miljøforhold. Når en jordfeil forekommer, strømmer kortslutningsstrømmer gjennom elkraftsystemet. Disse feilstrømmene returnerer til kilden enten gjennom jorden selv eller via tilknyttet elektrisk utstyr.

Tilstedeværelsen av jordfeilstrømmer kan ha alvorlige konsekvenser. De kan forårsake betydelig skade på utstyr i elkraftsystemet, inkludert transformatorer, motorer og sparker, ved å overhete komponenter, smelte isolasjon og enda føre til fysisk ødeleggelse. I tillegg forstyrrer jordfeil kontinuiteten i el-forsyningen, noe som fører til strømbrudd som kan påvirke bolig-, nærings- og industrielle konsumenter.

For å redusere risikoen knyttet til jordfeil, brukes beskyttelsesskjemaet for begrenset jordfeil. Kjernen i dette beskyttelsesskjemaet er jordfeilrelæet, en kritisk komponent som har en sentral rolle i beskyttelsen av elkraftsystemet. Når en jordfeil oppdages, gir jordfeilrelæet en trippingsignal til sirkuitsprekkeren. Denne handlingen isolerer raskt den defekte delen av sirkuiten, noe som begrenser strømmen av feilstrøm og minimiserer potensiell skade.

Jordfeilrelæet er strategisk plassert i resten av strømtransformatorer, som vist i figuren nedenfor. Denne plasseringen gjør at relæet effektivt kan overvåke og oppdage anormale strømstrømmer som indikerer jordfeil. Spesielt gir det essensiell beskyttelse for delta- eller ubelasted stjerne-viklinger av krafttransformatorer, og sikrer disse kritiske komponentene mot de destruktive effektene av feilstrømmer. Figuren nedenfor viser også detaljerte koblinger av jordfeilrelæet med stjerne- eller deltaviklingen av transformatorer, som fremhever den nøyaktige konfigurasjonen som sikrer pålitelig feildeteksjon og beskyttelse.

Konfigurasjon og drift av jordfeilbeskyttelsessystem

Strømtransformatorer (CTs) spiller en viktig rolle i jordfeilbeskyttelsessystemet, strategisk plassert på begge sider av den angitte beskyttelseszonen. Sekundære terminaler av disse CTs er koblet parallelt med beskyttelsesrelæet, og danner en viktig elektrisk vei for feildeteksjon. Utdata fra CTs er spesielt designet for å representere nullsekvensstrømmen som flyter gjennom elektriske linjer. Merk at under en ekstern feil, mangler nullsekvensstrømmen, mens under en intern feil, øker den til en verdi som er dobbelt så stor som den faktiske feilstrømmen.

Drift av jordfeilbeskyttelsessystemet

Stjerne-koblet siden av elkraftsystemet er beskyttet av et begrenset jordfeilbeskyttelsesskjema, som vist i figuren nedenfor. Dette beskyttelsesskjemaet er utformet for å nøyaktig oppdage og reagere på jordfeil innen beskyttelseszonen, ved å utnytte de unike egenskapene til nullsekvensstrømmen for å sikre rask og pålitelig feilisolering.

Jordfeilbeskyttelsessystem: Driftsmekanismer og designegenskaper

Hvis en ekstern feil, merket som F1, forekommer i elkraftnettet, vil denne feilen inducere strømmer I1 og I2 som flyter gjennom sekundærene av strømtransformatorer (CTs). På grunn av elektrisk konfigurasjon og naturen av eksterne feil, er summen av I1 og I2 lik null. I motsetning til dette, når en feil forekommer innen beskyttelseszonen, si F2, er kun strømmen I2 til stede; strømmen I1 blir effektivt kansellert eller er fornekligbar. Denne I2 passerer deretter gjennom jordfeilrelæet, som utløser dets drift. Det er viktig at jordfeilrelæet er designet for å aktiveres eksklusivt i respons til interne feil innen beskyttelseszonen, for å sikre at det selektivt isolerer defekte seksjoner av elkraftsystemet.

Jordfeilrelæet må ha en høy grad av sensitivitet for å nøyaktig oppdage feil. Det er utviklet for å registrere feilstrømmer som overskrider vindingsstrømmen med minst 15%. Denne spesifikke innstillingen lar relæet beskytte en definert, begrenset del av vindingen, og derfor er dette beskyttelsesskjemaet passende navngitt begrenset jordfeilbeskyttelse.

For å forbedre påliteligheten til beskyttelsessystemet, er en stabiliseringsstrøm koblet i serie med relæet. Denne tillegget har en viktig funksjon: den effektivt demper effekten av magnetiseringssvingstrømmer. Magnetiseringssvingstrømmer, som kan oppstå under systemenergisering eller andre transiente hendelser, har potensialet til å forårsake falsk tripping av relæet. Ved å motvirke disse uønskede strømmer, sikrer stabiliseringsstrømmen at jordfeilrelæet reagerer bare på sanne feiltillstander, noe som forbedrer integriteten og påliteligheten av elkraftbeskyttelsessystemet.