Różnicowy Ochrona Generatork

Ochrona różnicowa generatora

Ochrona różnicowa generatora przede wszystkim chroni cewki statoru przed uszkodzeniami ziemnymi i międzyfazowymi. Uszkodzenia cewek statoru stanowią poważne zagrożenie, mogące spowodować poważne uszkodzenie generatora. Aby chronić cewki statoru, wykorzystuje się system ochrony różnicowej, który usuwa uszkodzenia w jak najkrótszym czasie, minimalizując zakres uszkodzeń.

System obiegu prądu Merz-Prize

W tym schemacie ochrony porównywane są prądy na dwóch końcach chronionego odcinka. W normalnych warunkach pracy wartości prądów w drugich zwinięciach transformatorów prądowych są równe. Jednakże, gdy wystąpi uszkodzenie, przez system płynie prąd zwarciowy, co powoduje rozbieżność wartości prądów. Ta różnica prądów w warunkach uszkodzenia jest kierowana przez cewkę roboczą releta.

Gdy prąd przekroczy ustawioną wartość progową, relet zamyka swoje kontakty, co powoduje odłączenie wyłącznika. Ta akcja izoluje uszkodzony odcinek od reszty systemu. Taki mechanizm ochrony nazywany jest systemem obiegu prądu Merz-Prize, który okazuje się bardzo skuteczny w wykrywaniu i reagowaniu na uszkodzenia ziemne i międzyfazowe.

Podłączenie systemu ochrony różnicowej

System ochrony różnicowej wymaga dwóch identycznych transformatorów prądowych, które są montowane po obu stronach chronionego obszaru. Drugie zakończenia tych transformatorów prądowych są podłączone w konfiguracji gwiazdowej, a ich końcowe zakończenia są połączone za pomocą przewodów pilotowych. Cewki reletów są natomiast podłączone w konfiguracji trójkąta. Punkty neutralne transformatorów prądowych i reletów są następnie podłączone do wspólnego zacisku. Ta określona konfiguracja kablowa zapewnia dokładne wykrywanie nierówności prądów i umożliwia szybkie izolowanie uszkodzeń.

Relet jest podłączony między punktami o jednakowym potencjale trzech przewodów pilotowych, aby zapewnić, że każdy transformator prądowy ma równy obciążenie. Ponieważ środek każdego przewodu pilotowego reprezentuje jego punkt o jednakowym potencjale, relet jest strategicznie umieszczony w środku tych przewodów.

Aby system ochrony różnicowej działał optymalnie, ważne jest, aby umieścić cewki reletów blisko transformatorów prądowych w pobliżu głównego obwodu. Można to osiągnąć poprzez wprowadzenie oporników balansujących szeregowo z przewodami pilotowymi, efektywnie przesuwając punkty o jednakowym potencjale bliżej głównego wyłącznika obwodowego.

Zasada działania systemu ochrony różnicowej

Załóżmy, że następuje przebicie izolacji w fazie R sieci, co powoduje uszkodzenie. W rezultacie prądy w drugich zwinięciach transformatorów prądowych stają się nierównomierne. Ta nierówność generuje prądy różnicowe, które płyną przez cewkę releta. W konsekwencji relet aktywuje się i wysyła polecenie odłączenia do wyłącznika, izolując uszkodzony odcinek od reszty systemu.

Jednak ten system ochrony ma istotną wadę: jest bardzo czuły na prąd magnetyzacyjny transformatora. Prąd magnetyzacyjny może spowodować nieprawidłowe działanie releta. Aby rozwiązać ten problem, stosowany jest relet różnicowy ze strumieniem bocznym. Ten typ releta pozwala na przepływ pewnego poziomu nierównomiernej wartości prądu przez swoją cewkę bez niepotrzebnego działania.

Aby dalej zmniejszyć wpływ prądu magnetyzacyjnego, do projektu wprowadzono cewkę hamującą. Cewka hamująca efektywnie redukuje wpływ prądu magnetyzacyjnego, sprawiając, że relet jest odporny na fałszywe odłączenia spowodowane prądem magnetyzacyjnym. Relety wyposażone w taką konfigurację nazywane są reletami różnicowymi ze strumieniem bocznym.

Scenariusz uszkodzenia i działanie releta

Gdy wystąpi uszkodzenie między dowolnymi dwiema fazami, na przykład między fazami Y i B, przez te dwie fazy będzie płynąć prąd zwarciowy. To uszkodzenie zaburza bilans prądów płynących przez transformatory prądowe (CT). W konsekwencji prąd różnicowy przepływa przez cewkę roboczą releta, powodując, że relet odłącza się i otwiera swoje kontakty, izolując uszkodzony odcinek od systemu elektrycznego.

Problemy z systemem ochrony różnicowej

W systemie ochrony różnicowej zwykle używa się opornika neutralnego, aby złagodzić negatywne skutki prądów zwarciowych ziemnych. Jednak, gdy uszkodzenie ziemne wystąpi w pobliżu punktu neutralnego, małe siły elektromotoryczne (emf) generują stosunkowo mały prąd zwarciowy, który płynie przez neutral. Opór ziemienia neutralnego dalsze redukuje ten prąd. W rezultacie tylko minimalny prąd dociera do releta. Ponieważ ten mały prąd jest niewystarczający, aby aktywować cewkę releta, uszkodzenie może pozostać niewykryte, co potencjalnie prowadzi do uszkodzenia generatora.

Modyfikowany schemat systemu ochrony różnicowej

Aby rozwiązać powyższy problem, opracowano ulepszony schemat systemu ochrony różnicowej. Ten modyfikowany schemat obejmuje dwa różne elementy: jeden zaprojektowany do ochrony przed uszkodzeniami fazowymi, a drugi do ochrony przed uszkodzeniami ziemnymi.

Elementy ochrony przed uszkodzeniami fazowymi są podłączone w konfiguracji gwiazdowej razem z opornikiem. Z kolei relet ochrony przed uszkodzeniami ziemnymi jest umieszczony między elementami fazowymi podłączonymi w gwiazdę a punktem neutralnym. Dokładniej, dwa elementy ochrony przed uszkodzeniami fazowymi, razem z opornikiem balansującym, są podłączone w konfiguracji gwiazdowej, a relet ochrony przed uszkodzeniami ziemnymi jest następnie podłączony między połączeniem gwiazdowym a przewodem pilotowym neutralnym. Ta konfiguracja wzmacnia zdolność systemu do dokładnego wykrywania i reagowania zarówno na uszkodzenia fazowe, jak i ziemne, poprawiając ogólną niezawodność systemu ochrony różnicowej.

Obwód podłączony w gwiazdę wykazuje symetrię, zapewniając, że żaden zbilansowany prąd nadmiarowy pochodzący z punktu cyrkulacji prądu nie przepłynie przez relet ochrony przed uszkodzeniami ziemnymi. W rezultacie, w tym systemie, wrażliwy relet ochrony przed uszkodzeniami ziemnymi może działać z wysokim poziomem stabilności, niezawodnie wykrywając uszkodzenia ziemne bez wyzwalania się przez normalne fluktuacje zbilansowanego prądu.