Differensialbeskyttelse av en generator

Generatordifferensvern

Differensvernet for en generator beskytter hovedsakelig statorvindingene mot jordfeil og fasen-til-fasefeil. Feil i statorvindingene utgjør en betydelig trussel, som kan forårsake alvorlig skade på generatoren. For å beskytte statorvindingene, brukes et differensvernsystem for å fjerne feil så raskt som mulig, noe som minimerer skadens omfang.

Merz-Prize sirkulerende strømsystem

I dette vernskjemaet sammenlignes strømmene ved de to endene av den beskyttede delen. Under normal drift er strømmenes størrelser i sekundærvindingene til strømtransformatorer like. Når det oppstår en feil, strømmer det en kortslutningsstrøm gjennom systemet, noe som fører til at strømmenes størrelser divergerer. Dette forskjellen i strøm under feilsituasjoner ledes gjennom relæets arbeidsbobin.

Når strømmen overstiger den forhåndsinnstilte terskelen, lukker relæet sine kontakter, noe som utløser kretsbryteren til å slå av. Dette handlingen isolerer den defekte delen fra resten av systemet. Slik et vernmekanisme kalles Merz-Prize sirkulerende strømsystem, som viser seg å være svært effektivt for å oppdage og reagere på jordfeil og fase-til-fasefeil.

Tilkobling av differensvernsystemet

Differensvernsystemet krever to identiske strømtransformatorer, som monteres på hver side av den beskyttede zonen. Sekundærfeltene til disse strømtransformatorene kobles i stjernekonfigurasjon, og deres sluttkontakter kobles sammen via pilotledninger. Samtidig kobles relæbobinene i delta-konfigurasjon. De nøytrale punktene til strømtransformatorer og relæ kobles deretter til en felles terminal. Denne spesifikke koblingsoppsettet sikrer nøyaktig oppdaging av strømubalanser og muliggjør hurtig feilisolering.

Relæet kobles over likepotenspunkter av de tre pilotledningene for å sikre at hver strømtransformator bærer en lik byrde. Ettersom midtpunktet av hver pilotledning representerer dens likepotenspunkt, plasseres relæet strategisk ved midtpunktet av disse ledningene.

For at differensvernsystemet skal fungere optimalt, er det viktig å plassere relæbobinene nær strømtransformatorer nær hovedkretsen. Dette kan oppnås ved å sette inn balanseringsmotstander i serie med pilotledningene, noe som effektivt flytter likepotenspunktene nærmere hovedkretsbryteren.

Arbeidsprinsipp for differensvernsystemet

Anta at det oppstår en isolasjonsoverbelasting på R-fasen i nettverket, noe som utløser en feil. Som et resultat blir strømmene i sekundærfeltene til strømtransformatorer ubalanseert. Denne ubalansen genererer differensstrømmer som strømmer gjennom relæbobinen. Dermed aktiverer relæet og gir en avbrytingskommando til kretsbryteren, som isolerer den defekte delen fra resten av systemet.

Imidlertid har dette vernsystemet en betydelig begrensning: det er svært følsomt for magnetiseringsinrushstrømmen til transformatorer. Inrushstrømmen kan føre til at relæet misfungerer. For å løse dette problemet, benyttes et forhengt differensrelæ. Denne typen relæ tillater en viss grad av ubalansert strøm å passere gjennom sin bobin uten å utløse unødvendig operasjon.

For å ytterligere redusere inntrengelsesstrømmens innvirkning, inkluderes en begrensende bobin i designet. Begrensende bobinen reduserer effektivt innvirkningen av inrushstrømmen, noe som gjør relæet immun mot falsk avbryting forårsaket av magnetiseringsinrush. Relæer utstyrt med slik konfigurasjon kalles forhengte differensrelæer.

Feilsituasjon og relæoperasjon

Når det oppstår en feil mellom to faser, for eksempel mellom faser Y og B, vil det strømme en kortslutningsstrøm gjennom disse to fasene. Denne feilen forstyrrer balansen av strømmene som strømmer gjennom strømtransformatorer (CT). Dermed passerer en differensstrøm gjennom relæets arbeidsbobin, noe som får relæet til å utløse og åpne sine kontakter, og dermed isolere den defekte delen fra elektriske systemet.

Problemer med differensvernsystemet

I et differensvernsystem brukes vanligvis en nøytral motstandsledning for å mildne de negative effektene av jordfeilstrømmer. Men når en jordfeil oppstår nær nøytralpunktet, genererer en liten elektromotorisk kraft (emf) en relativt liten kortslutningsstrøm som strømmer gjennom nøytralen. Motstanden i nøytralgrunningen reduserer denne strømmen yderligere. Som en konsekvens når kun en minimal strøm relæet. Siden denne lille strømmen ikke er nok til å aktivere relæbobinen, kan feilen gå ubemerkt, noe som potensielt kan føre til skade på generatoren.

Modifisert differensvernsystemskjema

For å løse ovennevnte problem, er det utviklet et forbedret differensvernsystemskjema. Dette modifiserte skjemaet inneholder to distinkte elementer: ett utformet for å beskytte mot fasefeil og det andre for å beskytte mot jordfeil.

Fasefeilelementene kobles i stjernekonfigurasjon sammen med en motstand. Samtidig plasseres jordfeilrelæet mellom stjernekoblingen av faseelementene og nøytralpunktet. Spesifikt kobles to fasefeilelementer, sammen med en balanseringsmotstand, i stjernekonfigurasjon, og jordfeilrelæet kobles deretter mellom stjernekoblingen og nøytralpilotledningen. Dette oppsettet forbedrer systemets evne til nøyaktig oppdaging og respons på både fase- og jordfeil, noe som øker det totale vernsystemets pålitelighet.

Stjernekoblingen viser symmetri, noe som sikrer at enhver balansert overflødig strøm som oppstår fra strømkirkelingspunktet, ikke passerer gjennom jordfeilrelæet. Dermed kan det sensitive jordfeilrelæet operere med høy stabilitet i dette systemet, og pålitelig oppdage jordfeil uten å bli utløst av normale balanserte strømfluktasjoner.