Diferenciální ochrana generátoru

Diferenciální ochrana generátoru

Diferenciální ochrana generátoru primárně chrání statorové vinutí před zemními a mezi fázemi vzniklými poruchami. Poruchy statorových výtahů představují významné riziko, které může způsobit vážné poškození generátoru. Pro ochranu statorových výtahů se používá diferenciální ochranný systém, který odstraňuje poruchy v co nejkratším čase, čímž minimalizuje rozsah poškození.

Merz-Prize systém cirkulujícího proudu

V této ochranné schéma se porovnávají proudy na obou koncích chráněné sekce. Během normálního provozu jsou velikosti proudů ve vedlejších výtazích transformátorů proudu stejné. V případě vzniku poruchy ale krátkozaměřený proud prochází systémem, což způsobí, že se velikosti proudů rozdělí. Tato rozdílnost proudu za podmínek poruchy je vedena skrz pracovní cívek relé.

Jakmile proud překročí předem nastavenou hranici, relé uzavře své kontakty, což aktivuje vypínač k vyřazení. Tímto aktem se porušená sekce izoluje od zbytku systému. Takový ochranný mechanismus se nazývá Merz-Prize systém cirkulujícího proudu, který se ukazuje jako velmi efektivní při detekci a reakci na zemní a mezi fázemi vzniklé poruchy.

Připojení diferenciálního ochranného systému

Diferenciální ochranný systém vyžaduje dva identické transformátory proudu, které jsou nainstalovány na obou stranách chráněné zóny. Vedlejší terminály těchto transformátorů proudu jsou spojeny v hvězdicovém uspořádání a jejich koncové terminály jsou propojeny pilotními dráty. Zatímco cívek relé jsou spojeny v trojúhelníkovém uspořádání. Neutrální body transformátorů proudu a relé jsou pak spojeny s běžným terminálem. Toto specifické uspořádání drátů zajistí přesné zjištění nerovnováhy proudu a umožní rychlé izolování poruchy.

Relé je připojeno napříč rovnoprávnými body tří pilotních drátů, aby bylo zajištěno, že každý transformátor proudu nese stejnou zátěž. Protože střed každého pilotního drátu představuje jeho rovnoprávný bod, je relé strategicky umístěno uprostřed těchto drátů.

Aby diferenciální ochranný systém fungoval optimálně, je klíčové umístit cívek relé blízko transformátorů proudu u hlavního okruhu. To lze dosáhnout vložením vyvažovacích odporníků v sérii s pilotními dráty, což efektivně posouvá rovnoprávné body blíž k hlavnímu vypínači.

Princip fungování diferenciálního ochranného systému

Předpokládejme, že dojde k poruše izolace na fázi R sítě, což vyvolá poruchu. V důsledku toho dochází k nerovnováze proudů ve vedlejších výtazích transformátorů proudu. Tato nerovnováha generuje diferenciální proudy, které procházejí cívkou relé. Následně relé aktivuje a vydává příkaz k vyřazení vypínače, který izoluje porušenou sekci od zbytku systému.

Tento ochranný systém však má významnou omezení: je velmi citlivý na magnetizační proud transformátoru. Magnetizační proud může způsobit, že relé nefunguje správně. Aby se tomuto problému zabránilo, je použito zkreslené diferenciální relé. Tento typ relé umožňuje, aby určitá úroveň nerovnovážného proudu prošla jeho cívkou bez nezbytného spuštění.

Pro další snížení vlivu magnetizačního proudu je do návrhu začleněna brzdící cívka. Brzdící cívka efektivně snižuje vliv magnetizačního proudu, čímž relé ochrání před neoprávněným spuštěním způsobeným magnetizačním proudem. Relé vybavené takovou konfigurací se označují jako zkreslené diferenciální relé.

Scénář poruchy a funkce relé

Když dojde k poruchě mezi libovolnými dvěma fázemi, například mezi fázemi Y a B, krátkozaměřený proud poteče těmito dvěma fázemi. Tato porucha ruší rovnováhu proudů procházejících transformátory proudu (CT). Následně diferenciální proud prochází pracovní cívkou relé, což způsobí, že relé spustí a otevře své kontakty, čímž izoluje porušenou sekci od elektrického systému.

Problémy s diferenciálním ochranným systémem

V diferenciálním ochranném systému se obvykle používá neutrální rezistivní drát k mitigaci nepříznivých účinků zemních poruchových proudů. Když však zemní porucha vznikne blízko neutrálního bodu, malá elektromotorická síla (emf) vygeneruje relativně malý krátkozaměřený proud, který poteče neutrálním drátem. Odpor neutrálního zemlování dále tento proud snižuje. V důsledku toho se pouze minimální proud dostane do relé. Protože tento malý proud není dostatečný k aktivaci cívky relé, může dojít k tomu, že porucha zůstane nezjištěna, což může vést k poškození generátoru.

Změněná schémata diferenciálního ochranného systému

Aby se vyřešily zmíněné problémy, bylo vyvinuto vylepšené schéma diferenciálního ochranného systému. Toto změněné schéma zahrnuje dva odlišné prvky: jeden navržený pro ochranu proti fázovým poruchám a druhý pro ochranu proti zemním poruchám.

Fázové ochranné prvky jsou spojeny v hvězdicovém uspořádání spolu s odporem. Zatímco relé pro zemní poruchy je umístěno mezi hvězdicově spojenými fázovými prvky a neutrálním bodem. Konkrétně jsou dva fázové ochranné prvky, spolu s vyvažovacím odporem, spojeny v hvězdicovém uspořádání, a relé pro zemní poruchy je poté spojeno mezi hvězdicovým spojením a neutrálním pilotním drátem. Toto uspořádání zlepšuje schopnost systému přesně detekovat a reagovat jak na fázové, tak na zemní poruchy, čímž zlepšuje celkovou spolehlivost diferenciálního ochranného systému.

Hvězdicově spojený obvod má symetrii, což zajišťuje, že žádný vyvážený přetokový proud pocházející z místa cirkulace proudu neprojde relé pro zemní poruchy. V důsledku toho může v tomto systému citlivé relé pro zemní poruchy fungovat s vysokou úrovní stability, spolehlivě detekuje zemní poruchy bez nutnosti spuštění kvůli normálním vyváženým kolísáním proudu.