Diferencijalna zaštita generatora

Diferencijalna zaštita generatora

Diferencijalna zaštita generatora glavno štiti statorne zavoje od zemljanih kvarova i međufaznih kvarova. Kvarovi u zavojima statora predstavljaju značajan rizik koji može dovesti do ozbiljnih oštećenja generatora. Za zaštitu zavojeva statora koristi se diferencijalni sustav zaštite kako bi se kvarovi isključili u najkraćem mogućem vremenu, smanjujući time stupanj oštećenja.

Merz - Prize cirkulacijski strujni sustav

U ovom shemi zaštite uspoređuju se struje na oba kraja zaštićenog dijela. Tijekom normalne operacije, veličine struja u sekundarnim zavojevima transformatora struje su jednake. Međutim, kada se dogodi kvar, kroz sustav teče struja kratkog spoja, što dovodi do razlika u veličinama struja. Ova razlika u strujama tijekom kvara prodira kroz radni zavoj releja.

Kada struja premaši unaprijed postavljeni prag, relej zatvara svoje kontakti, pokrećući prekidnik da prekine strujni tok. Time se izolira deo sustava s kvarom od ostalih dijelova. Takav mehanizam zaštite poznat je kao Merz - Prize cirkulacijski strujni sustav, koji se pokazao vrlo učinkovitim u otkrivanju i reagiranju na zemljane i međufazne kvarove.

Povezivanje diferencijalnog sustava zaštite

Diferencijalni sustav zaštite zahtijeva dva identična transformatora struje, koji se instaliraju na svakoj strani zaštićene zone. Sekundarni terminali ovih transformatora struje povezuju se u zvjezdastu konfiguraciju, a njihovi krajevi su povezani pilotnim vodovima. U međuvremenu, zavoje releja povezuju se u deltoidnu konfiguraciju. Neutralne točke transformatora struje i releja zatim su povezane na zajednički terminal. Ova specifična shema povezivanja osigurava točno otkrivanje nesimetrija struje i omogućuje brzo izdvajanje kvara.

Relej povezan je na ekvipotencijalne točke tri pilotna voda kako bi svaki transformator struje nosio jednak opterećenje. Budući da sredina svakog pilotnog voda predstavlja njegovu ekvipotencijalnu točku, relej je strategijski postavljen na sredini ovih voda.

Za optimalno funkcioniranje diferencijalnog sustava zaštite ključno je smjestiti zavoje releja blizu transformatora struje uz glavni spoj. To se može postići umetanjem ravnotežnih otpornika u seriju s pilotnim vodovima, čime se efektivno pomještaju ekvipotencijalne točke bliže glavnom prekidniku.

Princip rada diferencijalnog sustava zaštite

Pretpostavimo da se dogodi propad izolacije na R fazi mreže, što povrijedi kvar. Kao rezultat, struje u sekundarnim zavojevima transformatora struje postaju nesimetrične. Ova nesimetrija generira diferencijalne struje koje teku kroz zavoj releja. Tako relej aktivira i izdaje naredbu prekidniku da prekine strujni tok, izolirajući deo sustava s kvarom od ostalih dijelova.

Međutim, ovaj sustav zaštite ima značajnu ograničenja: vrlo je osjetljiv na magnetizacijski ulazni strujni tok transformatora. Ulazni strujni tok može dovesti do nepravilnog rada releja. Da bi se ova problema riješila, koristi se pristran diferencijalni relej. Ovaj tip releja dopušta određeni nivo nesimetrične struje da prođe kroz njegov zavoj bez neophodnosti nepravilnog djelovanja.

Da bi se dalje smanjio utjecaj magnetizacijskog ulaznog strujnog toka, u dizajn je ugrađen zavoj za ograničavanje. Zavoj za ograničavanje učinkovito smanjuje utjecaj ulaznog strujnog toka, čineći relej imun na lažne prekidove uzrokovane magnetizacijskim ulaznim tokom. Relje opremljeni takvim dizajnom poznati su kao pristrani diferencijalni reljevi.

Scenarij kvara i rad releja

Kada se dogodi kvar između bilo koje dvije faze, na primjer, između faza Y i B, kroz te dvije faze će teći struja kratkog spoja. Taj kvar ruši ravnotežu struja koje teku kroz transformatore struje (CTs). Kao rezultat, diferencijalna struja prodira kroz radni zavoj releja, što dovodi do prekida releja i otvaranja njegovih kontakata, izolirajući deo sustava s kvarom od električnog sustava.

Problemi sa sustavom diferencijalne zaštite

U diferencijalnom sustavu zaštite obično se koristi neutralni otporni vod za smanjenje negativnih učinaka struja zemljanih kvarova. Međutim, kada se zemljani kvar dogodi blizu neutralne točke, malo elektromotorsko napona (emf) generira relativno malu struju kratkog spoja koja teče kroz neutral. Otpor neutralnog zemljanja dalje smanjuje tu struju. Kao rezultat, samo minimalna struja stiže do releja. Budući da je ova mala struja nedovoljna da aktivira zavoj releja, kvar može proći neotkriven, potencijalno dovodeći do oštećenja generatora.

Modificirana shema sustava diferencijalne zaštite

Da bi se spomenuti problem riješio, razvijena je poboljšana shema diferencijalnog sustava zaštite. Ova modificirana shema uključuje dva odvojena elementa: jedan dizajniran za zaštitu od fazonih kvarova, a drugi za zaštitu od zemljanih kvarova.

Elementi za zaštitu od fazonih kvarova povezani su u zvjezdastu konfiguraciju uz otpornik. S druge strane, relej za zemljane kvarove smješten je između zvjezdasto povezanih faznih elemenata i neutralne točke. Konkretno, dva elementa za fazoni kvar, zajedno s ravnotežnim otpornikom, povezani su u zvjezdastu formu, a zatim je relej za zemljane kvarove povezan između zvjezdastog spoja i neutralnog pilotnog voda. Ova konfiguracija unapređuje sposobnost sustava da točno otkrije i odgovori na fazoni i zemljane kvarove, poboljšavajući ukupnu pouzdanost diferencijalnog sustava zaštite.

Zvjezdasto povezani krug pokazuje simetriju, osiguravajući da bilo kakva ravnotežna prekomjerna struja iz točke cirkulacije struje neće proći kroz relej za zemljane kvarove. Rezultat toga je da unutar ovog sustava, osjetljivi relej za zemljane kvarove može raditi s visokim stupnjem stabilnosti, pouzdano otkrivajući zemljane kvarove bez aktivacije zbog normalnih fluktuacija ravnotežne struje.