Ograniczona ochrona przewodów ziemnych

Usterzki do ziemi: przyczyny, skutki i środki ochronne

Usterzek do ziemi występuje, gdy następuje niezamierzone połączenie elektryczne między przewodnikiem żywym a ziemią. Zwykle dzieje się to z powodu uszkodzenia izolacji, co może być spowodowane czynnikami takimi jak starzenie się elementów elektrycznych, uszkodzenia mechaniczne lub narażenie na trudne warunki środowiskowe. Gdy wystąpi usterzek do ziemi, prądy zwarciowe przepływają przez system elektryczny. Te prądy zwarciowe wracają do źródła albo bezpośrednio przez ziemię, albo poprzez podłączone urządzenia elektryczne.

Obecność prądów zwarciowych do ziemi może mieć poważne konsekwencje. Mogą one powodować znaczne uszkodzenia sprzętu w systemie energetycznym, w tym transformatorów, silników i aparatury rozdzielczej, poprzez nadmierny nagrzewanie się elementów, topienie się izolacji, a nawet prowadzić do fizycznego zniszczenia. Ponadto, usterzki do ziemi zakłócają ciągłość dostaw energii, powodując przerwy w zasilaniu, które mogą wpływać na konsumentów mieszkaniowych, komercyjnych i przemysłowych.

Aby ograniczyć ryzyko związane z usterzkami do ziemi, stosuje się schemat ochrony przed usterzkami do ziemi. W centrum tego systemu ochronnego znajduje się relé usterzku do ziemi, kluczowy element, który odgrywa kluczową rolę w ochronie systemu energetycznego. Gdy wykryty jest usterzek do ziemi, relé usterzku do ziemi wydaje polecenie wyłącznika obwodowego. Ta akcja szybko izoluje uszkodzoną część obwodu, ograniczając przepływ prądu zwarciowego i minimalizując potencjalne uszkodzenia.

Relé usterzku do ziemi jest strategicznie umieszczony w resztowej części transformatorów prądowych, jak pokazano na rysunku poniżej. To ustawienie umożliwia relé efektywne monitorowanie i wykrywanie nietypowych przepływów prądu wskazujących na usterzki do ziemi. Szczególnie zapewnia ono niezbędną ochronę dla zwinięć w układzie trójkątnym lub nieskolimowanych gwiazdowych transformatorów, chroniąc te kluczowe elementy przed destrukcyjnym wpływem prądów zwarciowych. Rysunek poniżej przedstawia także szczegółowe połączenia relé usterzku do ziemi z zwinięciami gwiazdowymi lub trójkątnymi transformatora, podkreślając precyzyjną konfigurację, która zapewnia niezawodne wykrywanie usterzek i ochronę.

Konfiguracja i działanie systemu ochrony przed usterzkami do ziemi

Transformatory prądowe (TP) odgrywają kluczową rolę w systemie ochrony przed usterzkami do ziemi, będąc strategicznie rozmieszczonymi po obu stronach wyznaczonego strefy ochronnej. Drugorzędne terminale tych TP są połączone równolegle z relé ochronnym, tworząc ważny elektryczny szlak do wykrywania usterzek. Wyjście TP jest specjalnie zaprojektowane, aby reprezentować prąd zerowej sekwencji płynący przez linię elektryczną. Warto zauważyć, że podczas zewnętrznego usterzku prąd zerowej sekwencji jest nieobecny, podczas gdy w przypadku wewnętrznego usterzku wzrasta do wartości dwa razy większej niż rzeczywisty prąd zwarciowy.

Działanie systemu ochrony przed usterzkami do ziemi

Strona systemu elektrycznego połączona w układzie gwiazdowym jest chroniona za pomocą mechanizmu ochrony przed usterzkami do ziemi, jak pokazano na rysunku poniżej. Ten system ochronny jest zaprojektowany, aby precyzyjnie wykrywać i reagować na usterzki do ziemi w obrębie strefy ochronnej, wykorzystując unikalne cechy prądu zerowej sekwencji, aby zapewnić szybkie i niezawodne izolowanie usterzek.

System ochrony przed usterzkami do ziemi: mechanizmy działania i cechy projektowe

Załóżmy, że w sieci elektrycznej wystąpi zewnętrzny usterzek, oznaczony jako F1. To zdarzenie usterzki indukuje prądy I1 i I2, które przepływają przez drugorzędne transformatorów prądowych (TP). Ze względu na konfigurację elektryczną i naturę zewnętrznych usterzek, wynikowa suma I1 i I2 wynosi zero. W przeciwieństwie do tego, gdy usterzka występuje w obrębie strefy ochronnej, np. F2, obecny jest tylko prąd I2; prąd I1 efektywnie się wyzeruje lub jest zaniedbywalny. Ten I2 przepływa przez relé usterzku do ziemi, wyzwalając jego działanie. Relé usterzku do ziemi jest zaprojektowane, aby działało wyłącznie w odpowiedzi na wewnętrzne usterzki w obrębie strefy ochronnej, zapewniając selektywne izolowanie uszkodzonych części systemu elektrycznego.

Relé usterzku do ziemi musi posiadać wysoką czułość, aby precyzyjnie wykrywać usterzki. Jest zaprojektowane tak, aby wykrywać prądy zwarciowe, które przekraczają nominalny prąd zwinięcia o co najmniej 15%. To specyficzne ustawienie pozwala relé chronić określoną, ograniczoną część zwinięcia elektrycznego, dlatego ten system ochronny nazywany jest ochroną przed usterzkami do ziemi z ograniczeniem.

Aby jeszcze bardziej zwiększyć niezawodność systemu ochronnego, do relé jest podłączony stabilizujący prąd szeregowo. To dodatkowe rozwiązanie pełni kluczową funkcję: efektywnie zmniejsza wpływ prądów magnetyzacyjnych. Prądy magnetyzacyjne, które mogą wystąpić podczas energizacji systemu lub innych zjawisk przejściowych, mają potencjał powodować fałszywe wyzwalanie relé. Poprzez przeciwdziałanie tym niepożądanym prądom, stabilizujący prąd zapewnia, że relé usterzku do ziemi reaguje jedynie na prawdziwe zdarzenia usterzki, co poprawia ogólną integralność i niezawodność systemu ochronnego elektrycznego.