Begränsad jordfelsskydd

Jordfel: Orsaker, Effekter och Skyddsåtgärder

Ett jordfel uppstår när det finns en oavsiktlig elektrisk anslutning mellan en liveledare och marken. Detta inträffar vanligen på grund av isoleringsbrott, vilket kan orsakas av faktorer som åldrande av elektriska komponenter, mekanisk skada eller exponering för hårda miljöförhållanden. När ett jordfel uppstår surrar kortslutningsströmmar genom det elektriska systemet. Dessa felflöden återvänder till källan antingen genom marken själv eller via anslutna elektriska utrustningar.

Närvaron av jordfelflöden kan ha allvarliga konsekvenser. De kan orsaka betydande skador på utrustningen i strömförsörjningssystemet, inklusive transformatorer, motorer och spänningsväxlar, genom att överheta komponenter, smälta isolering och till och med leda till fysisk förstörelse. Dessutom stör jordfel kontinuiteten i den elektriska försörjningen, vilket resulterar i strömavbrott som kan påverka bostäder, kommersiella och industriella konsumenter.

För att minska riskerna kopplade till jordfel används begränsat jordfelskyddsschema. I kärnan av detta skyddsschema ligger jordfelrelén, en viktig komponent som spelar en avgörande roll för att skydda strömförsörjningssystemet. När ett jordfel upptäcks ger jordfelrelén en trippningsorder till strömbrytaren. Denna åtgärd isolerar snabbt den felaktiga delen av kretsen, vilket begränsar flödet av felflöde och minimerar potentiell skada.

Jordfelrelén placeras strategiskt i restpartiet av strömförstärkarna, som illustreras i figuren nedan. Denna placering möjliggör för relén att effektivt övervaka och upptäcka ovanliga strömförflyttningar som indikerar jordfel. Specifikt ger den viktig skydd för delta- eller outerjordade stjärnvindningar av strömförstärkare, skyddar dessa kritiska komponenter från de destruktiva effekterna av felflöden. Figuren nedan visar också de detaljerade anslutningarna av jordfelrelén med stjärn- eller deltavindningarna av transformatorn, vilket framhåller den exakta konfigurationen som säkerställer tillförlitlig feldetektering och skydd.

Konfiguration och drift av jordfelskydssystem

Strömförstärkare (CTs) spelar en viktig roll i jordfelskydssystemet, strategiskt placerade på båda sidor om den angivna skyddszonen. Sekundära terminaler av dessa CTs är anslutna parallellt med skyddsrelén, vilket bildar en viktig elektrisk väg för feldetektering. Utgången från CTs är specifikt designad för att representera nollsekvensströmmen som flyter genom den elektriska linjen. Noterbart är att under ett externt fel saknas nollsekvensströmmen, medan vid ett internt fel ökar den till en värde som är två gånger storleken på den faktiska felflödet.

Drift av jordfelskydssystemet

Den stjärnförbundna sidan av det elektriska systemet skyddas av ett begränsat jordfelskydsschema, som illustreras i figuren nedan. Detta skyddsschema är konstruerat för att exakt upptäcka och svara på jordfel inom skyddszonen, genom att utnyttja de unika egenskaperna hos nollsekvensströmmen för att säkerställa snabb och tillförlitlig feldetektering och isolering.

Jordfelskydssystem: Driftmekanismer och Designegenskaper

Om ett externt fel, betecknat F1, uppstår inom det elektriska nätet, inducerar detta felfall strömmar I1 och I2 som flyter genom sekundärerna av strömförstärkarna (CTs). På grund av den elektriska konfigurationen och naturen av externa fel är summan av I1 och I2 noll. I motsats till detta, när ett fel uppstår inom skyddszonen, säg F2, är endast strömmen I2 närvarande; strömmen I1 neutraliserar sig eller är försumbar. Denna I2 passerar sedan genom jordfelrelén, vilket utlöser dess drift. Väsentligt är att jordfelrelén är designad för att aktiveras enbart i svar på interna fel inom skyddszonen, vilket säkerställer att den selektivt isolerar defekta delar av det elektriska systemet.

Jordfelrelén måste ha en hög grad av känslighet för att korrekt upptäcka fel. Den är konstruerad för att upptäcka felflöden som överstiger den nominella vindningsströmmen med minst 15%. Denna specifika inställning gör att relén skyddar en definierad, begränsad del av vindningen, varför detta skyddsschema lämpligt benämns begränsat jordfelskydd.

För att ytterligare förbättra skydssystemets tillförlitlighet är en stabiliseringsström ansluten i serie med relén. Denna tillägg fungerar som en viktig funktion: det effektivt motverkar effekten av magnetiseringsinruschströmmar. Magnetiseringsinruschströmmar, som kan uppstå under systemenergisering eller andra tillfälliga händelser, har potentialen att orsaka falsk trippning av relén. Genom att motverka dessa oönskade strömmar ser till stabiliseringsströmmen att jordfelrelén reagerar enbart på autentiska felvillkor, vilket förbättrar det elektriska skydssystemets totala integritet och tillförlitlighet.