Διαφορική Προστασία ενός Γεννητή

Προστασία Διαφορικού Γεννήτριας

Η προστασία διαφορικού για μια γεννήτρια προστατεύει κυρίως τις στρόφιγγες του στάτηρ από σφάλματα στη γη και σφάλματα φάσης-σε-φάση. Τα σφάλματα στις στρόφιγγες του στάτηρ αποτελούν σημαντική απειλή, με τη δυνατότητα να προκαλέσουν σοβαρές βλάβες στη γεννήτρια. Για την προστασία των στροφίων του στάτηρ, χρησιμοποιείται ένα σύστημα προστασίας διαφορικού για να εξαλείψει τα σφάλματα στο συντομότερο δυνατό χρονικό διάστημα, μειώνοντας έτσι την έκταση των βλαβών.

Σύστημα Κυκλοφορίας Ρεύματος Merz - Prize

Σε αυτό το σύστημα προστασίας, συγκρίνονται τα ρεύματα στα δύο άκρα της προστατευόμενης περιοχής. Κατά την κανονική λειτουργία, οι μέγεθη των ρευμάτων στις δευτερεύουσες στρόφιγγες των μετατροπέων ρεύματος είναι ίσα. Ωστόσο, όταν παρουσιάζεται σφάλμα, ένα ρεύμα μικρού κύκλου διαρρέει το σύστημα, προκαλώντας τη διαφορά των μεγεθών των ρευμάτων. Αυτή η διαφορά των ρευμάτων κατά την παρουσία σφάλματος καναλίζεται μέσω της κατανεμημένης στρόφιγγας του ρελέ.

Όταν το ρεύμα υπερβαίνει το προδιαθέτημενο όριο, το ρελέ κλείνει τους επαφικούς του, ενεργοποιώντας τον διακόπτη να ανοίξει. Αυτή η ενέργεια απομονώνει την παραβιασμένη περιοχή από το υπόλοιπο σύστημα. Ένα τέτοιο σύστημα προστασίας είναι γνωστό ως σύστημα κυκλοφορίας ρεύματος Merz - Prize, το οποίο αποδείχθηκε αποτελεσματικό στην ανίχνευση και αντίδραση σε σφάλματα στη γη και σφάλματα φάσης-σε-φάση.

Σύνδεση του Συστήματος Προστασίας Διαφορικού

Το σύστημα προστασίας διαφορικού απαιτεί δύο ταυτόσημους μετατροπείς ρεύματος, οι οποίοι εγκαθίστανται στις δύο πλευρές της προστατευόμενης ζώνης. Οι δευτερεύουσες άκρες αυτών των μετατροπέων ρεύματος συνδέονται σε στελέχη, και τα τέλη τους συνδέονται μέσω πιλοτικών καλωδίων. Παράλληλα, οι στροφίγγες του ρελέ συνδέονται σε δελτοειδή διάταξη. Τα ουδέτερα σημεία των μετατροπέων ρεύματος και του ρελέ συνδέονται σε κοινό σημείο. Αυτή η συγκεκριμένη διάταξη σύνδεσης εξασφαλίζει την ακριβή ανίχνευση των ανισορροπιών ρεύματος και επιτρέπει την εγκαίρως απομόνωση των σφαλμάτων.

Το ρελέ συνδέεται μεταξύ των ισοδυναμικών σημείων των τριών πιλοτικών καλωδίων, ώστε κάθε μετατροπέας ρεύματος να φέρει ίση φορτία. Επειδή το μέσο σημείο κάθε πιλοτικού καλωδίου αντιπροσωπεύει το ισοδυναμικό σημείο, το ρελέ τοποθετείται στρατηγικά στο μέσο αυτών των καλωδίων.

Για το σύστημα προστασίας διαφορικού να λειτουργεί επιτυχώς, είναι σημαντικό να τοποθετηθούν οι στροφίγγες του ρελέ κοντά στους μετατροπείς ρεύματος κοντά στον κύριο κύκλο. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί εισάγοντας ισορροπικούς αντιστοίχους σε σειρά με τα πιλοτικά καλώδια, μετακινώντας έτσι τα ισοδυναμικά σημεία κοντά στον κύριο διακόπτη.

Λειτουργία του Συστήματος Προστασίας Διαφορικού

Υποθέστε ότι συμβαίνει μια κατάρρευση απομόνωσης στη φάση R του δικτύου, προκαλώντας σφάλμα. Ως αποτέλεσμα, τα ρεύματα στις δευτερεύουσες στρόφιγγες των μετατροπέων ρεύματος γίνονται ανισορροπημένα. Αυτή η ανισορροπία παράγει διαφορικά ρεύματα που διαρρέουν τη στρόφιγγα του ρελέ. Συνεπώς, το ρελέ ενεργοποιείται και εκδίδει εντολή διακοπής στον διακόπτη, απομονώνοντας την παραβιασμένη περιοχή από το υπόλοιπο σύστημα.

Ωστόσο, αυτό το σύστημα προστασίας έχει μια σημαντική περιορισμό: είναι υπεραίσθητο στο ρεύμα εισαγωγής του μετατροπέα. Το ρεύμα εισαγωγής μπορεί να προκαλέσει το ρελέ να λειτουργήσει λανθασμένα. Για να αντιμετωπιστεί αυτό το πρόβλημα, χρησιμοποιείται ένα προσανατολισμένο ρελέ διαφορικού. Αυτό το είδος ρελέ επιτρέπει ένα συγκεκριμένο επίπεδο ανισορροπίας ρεύματος να διαρρέει τη στρόφιγγά του χωρίς να ενεργοποιεί αναγκαστικά.

Για να μειωθεί περαιτέρω η επίδραση του ρεύματος εισαγωγής, ενσωματώνεται μια στρόφιγγα περιορισμού στο σχεδιασμό. Η στρόφιγγα περιορισμού μειώνει αποτελεσματικά την επίδραση του ρεύματος εισαγωγής, καθιστώντας το ρελέ ανθεκτικό σε ψευδείς διακοπές λόγω ρεύματος εισαγωγής. Τα ρελέ που εξοπλίζονται με τέτοια διάταξη είναι γνωστά ως προσανατολισμένα ρελέ διαφορικού.

Σενάριο Σφάλματος και Λειτουργία Ρελέ

Όταν συμβαίνει σφάλμα μεταξύ οποιωνδήποτε δύο φάσεων, για παράδειγμα, μεταξύ των φάσεων Y και B, ένα ρεύμα μικρού κύκλου διαρρέει αυτές τις δύο φάσεις. Αυτό το σφάλμα διακόπτει την ισορροπία των ρευμάτων που διαρρέουν τους μετατροπείς ρεύματος (CTs). Συνεπώς, ένα διαφορικό ρεύμα διαρρέει την στρόφιγγα λειτουργίας του ρελέ, προκαλώντας το ρελέ να ενεργοποιηθεί και να ανοίξει τους επαφικούς του, απομονώνοντας έτσι την παραβιασμένη περιοχή από το ηλεκτρικό σύστημα.

Προβλήματα του Συστήματος Προστασίας Διαφορικού

Σε ένα σύστημα προστασίας διαφορικού, συνήθως χρησιμοποιείται ένα ημιτελές ρεύμα για να μειωθούν οι αρνητικές επιπτώσεις των ρευμάτων σφάλματος στη γη. Ωστόσο, όταν συμβαίνει σφάλμα στη γη κοντά στο ημιτελές, ένα μικρό ηλεκτροκινητικό δυναμικό (emf) παράγει ένα σχετικά μικρό ρεύμα μικρού κύκλου που διαρρέει το ημιτελές. Η αντίσταση της σύνδεσης στη γη μειώνει αυτό το ρεύμα. Συνεπώς, μόνο ένα ελάχιστο ρεύμα φθάνει στο ρελέ. Επειδή αυτό το μικρό ρεύμα δεν είναι αρκετό για να ενεργοποιήσει τη στρόφιγγα του ρελέ, το σφάλμα μπορεί να παραμείνει ανεντοπιστό, με δυνητική βλάβη της γεννήτριας.

Μεταβεβλημένο Σύστημα Προστασίας Διαφορικού

Για να αντιμετωπιστεί το παραπάνω πρόβλημα, αναπτύχθηκε ένα βελτιωμένο σύστημα προστασίας διαφορικού. Αυτό το μεταβεβλημένο σύστημα ενσωματώνει δύο διαφορετικά στοιχεία: ένα σχεδιασμένο για την προστασία από σφάλματα φάσης και ένα για την προστασία από σφάλματα στη γη.

Τα στοιχεία προστασίας από σφάλματα φάσης συνδέονται σε στελέχη μαζί με έναν αντίστοιχο. Μεταξύ των στελέχη συνδεδεμένων στοιχείων φάσης και του ημιτελούς σημείου, τοποθετείται το ρελέ σφάλματος στη γη. Συγκεκριμένα, δύο στοιχεία προστασίας από σφάλματα φάσης, μαζί με έναν ισορροπικό αντίστοιχο, συνδέονται σε στελέχη, και το ρελέ σφάλματος στη γη συνδέεται μεταξύ της στελεχηματικής σύνδεσης και του ημιτελούς πιλοτικού καλώδιου. Αυτή η διάταξη ενισχύει την ικανότητα του συστήματος να ανιχνεύει και να ανταποκρίνεται ακριβώς σε σφάλματα φάσης και στη γη, βελτιώνοντας την συνολική αξιοπιστία του συστήματος προστασίας διαφορικού.

Το στελεχηματικά συνδεδεμένο κύκλωμα εμφανίζει συμμετρία, εξασφαλίζοντας ότι οποιοδήποτε ισορροπημένο υπερβατικό ρεύμα που πηγάζει από το σημείο κυκλοφορίας ρεύματος δεν θα διαρρέει το ρελέ σφάλματος στη γη. Συνεπώς, μέσα σε αυτό το σύστημα, το ευαίσθητο ρελέ σφάλματος στη γη μπορεί να λειτουργεί με υψηλό επίπεδο σταθερότητας, ανιχνεύοντας αξιόπιστα σφάλματα στη γη χωρίς να ενεργοποιείται από τις κανονικές ισορροπημένες κυκλοφορίες ρεύματος.