Generátortől való differenciális védelem

Gépeltérkülővédelem

A gépeltérkülővédelem elsősorban a státorkeringeket védje a földhízások és fázis-közti hibákkal szemben. A státorkeringi hibák jelentős fenyegetést jelentenek, képesek súlyos károkat okozni a generátoron. A státorkeringek védelme érdekében egy térkülővédelmi rendszert használnak, amely a lehető legrövidebb időn belül tiszta hibákat, így minimalizálva a károk mértékét.

Merz-Prize cirkuláló áram rendszer

Ebben a védelmi elrendezésben a védett szakasz két végén lévő áramokat hasonlítják össze. A normál működés során a mérőátalakítók másodlagos tekercseiben az áramok nagysága egyenlő. Azonban, ha hiba történik, rövidzárlási áram folyik a rendszeren keresztül, ami az áramok nagyságának eltérését okozza. Ez a hiba esetén fellépő áramkülönbség a relé működési tekercsén keresztül halad.

Amint az áram meghaladja a beállított küszöböt, a relé kapcsolatait zárja, ami aktiválja a vezetékkitörőt, hogy a hibás szakaszt a rendszer többi részeitől elválasztja. Ilyen védelmi mechanizmust Merz-Prize cirkuláló áram rendszernek neveznek, ami igen hatékony a földhízások és fázis-közti hibák detektálásában és reagálásában.

A térkülővédelmi rendszer kötése

A térkülővédelmi rendszerhez két azonos mérőátalakító szükséges, amelyeket a védett zóna két oldalán helyeznek el. A mérőátalakítók másodlagos végpontjait csillag alakban kötik, és a végpontjaikat vezetékekkel kapcsolják össze. Ugyanakkor a relé tekercseket háromszög alakban kötik. A mérőátalakítók és a relé közös pontját egy közös terminálhoz kötik. Ez a specifikus kötésszerkezet biztosítja az áramegyensúly megbízható detektálását és gyors hibaelhárítást.

A relét a három vezeték egyenpotenciális pontjai között kötik, hogy minden mérőátalakító egyenlő terhet viseljen. Mivel a vezeték középpontja az egyenpotenciális pont, a relét stratégiai helyen, a vezeték közepén helyezik el.

A térkülővédelmi rendszer optimális működéséhez kulcsfontosságú, hogy a relé tekercseket a mérőátalakítóknál, a fő áramkör közelében helyezzék el. Ezt úgy érik el, hogy egyensúlyozó ellenállásokat szeriebe állítanak a vezetékekkel, ezzel az egyenpotenciális pontokat a fő vezetékkitörőhöz közelebb tolják.

A térkülővédelmi rendszer működési elve

Tegyük fel, hogy a hálózat R fázisán történik izolációs megsérülés, ami hibát okoz. Ennek eredményeként a mérőátalakítók másodlagos tekercsei áramai egyensúlytalanná válnak. Ez az egyensúlytalanság differenciál-áramokat generál, amelyek a relé tekercsén keresztül folytatnak. Erre a relé reagál, és a vezetékkitörőt aktív állapotba hozza, így a hibás szakaszt a rendszer többi részeitől elválasztja.

Ugyanakkor ez a védelmi rendszer nagyon érzékeny a transzformátor indítási áramára. Az indítási áram a relé hamis működését okozhatja. Ezért használnak eltolódó differenciál-relét, amely bizonyos mértékű egyensúlytalanságot enged át a tekercsen anélkül, hogy szükségtelen működést okozna.

Az indítási áram hatásának további enyhítésére egy gátló tekercset építenek be a tervezésbe. A gátló tekercs hatékonyan csökkenti az indítási áram hatását, így a relét immunissá teszi a hamis kitörés ellen. Ilyen konfigurációval ellátott reléket eltolódó differenciál-relének nevezik.

Hibaeset és relé működés

Ha hiba történik bármely két fázis között, például a Y és B fázis között, akkor rövidzárlási áram folyik ezek két fázison. Ez a hiba megszakítja a mérőátalakítókon (CT-eken) áthaladó áramok egyensúlyát. Ennek eredményeként egy differenciál-áram folyik a relé működési tekercsén keresztül, ami a relé kitörését és a kapcsolatok megnyitását okozza, így a hibás szakaszt a villamos rendszerből elkülönítve.

Problémák a térkülővédelmi rendszerrel

A térkülővédelmi rendszerben általában neutrális ellenállásos vezetéket használnak a földhízás áramok negatív hatásainak enyhítésére. Azonban, ha a földhízás a neutrális pontra közeli, kis elektromotív erő (emf) keletkezik, ami viszonylag kis rövidzárlási áramot generál a neutrálison. A neutrális kötés ellenállása tovább csökkenti ezt az áramot. Így csak minimális áram éri el a relét. Mivel ez a kis áram nem elegendő a relé tekercsének aktiválásához, a hiba nem lesz detektálva, ami potenciálisan károsíthatja a generátort.

Módosított térkülővédelmi rendszer elrendezés

A fenti probléma megoldására fejlesztettek ki egy javított térkülővédelmi rendszer elrendezést. Ez a módosított elrendezés két különálló elemet tartalmaz: az egyik a fázishibákat, a másik pedig a földhízások elleni védelmet szolgálja.

A fázishibavédelmi elemeket csillag alakban kötik egy ellenállóssal. Ugyanakkor a földhízás relét a csillag alakban kötött fáziselemek és a neutrális pont között helyezik el. Két fázishibaelem, egy egyensúlyozó ellenállóval együtt, csillag alakban vannak kötve, és a földhízás relét a csillagkapcsolat és a neutrális vezeték között kötik. Ez a konfiguráció növeli a rendszer képességét a fázis és földhízás hibák pontos detektálására és reagálására, javítva a térkülővédelmi rendszer általános megbízhatóságát.

A csillag alakban kötött áramkör szimmetrikus, ami biztosítja, hogy a mérőpontból származó bármilyen egyensúlyban lévő túláram nem halad át a földhízás relén. Így a rendszerben a fogékony földhízás relé stabil módon működhet, megbízhatóan detektálva a földhízásokat, anélkül, hogy a normális, egyensúlyban lévő áramfluktuációk miatt aktiválódna.