Diferencialna zaščita generatorja

Diferencialna zaščita generatorja

Diferencialna zaščita generatorja predvsem zaščituje statorne vikove pred zemljiškimi in medfaznimi napakami. Napake statornih vikov predstavljajo veliko nevarnost, ki je sposobna povzročiti resno poškodbo generatorja. Za zaščito statornih vikov se uporablja diferencialni sistem zaščite, ki odstrani napake v najkrajšem možnem času, s tem pa omejuje obseg poškodbe.

Merz-Prize cirkulirni tokovni sistem

V tem sistemu zaščite se primerjata tokova na obeh koncih zaščitnega razpona. V normalnem delovanju so velikosti tokov v sekundarnih vikovi pretvornikov toka enake. Ko pa pride do napake, skozi sistem teče kratični tok, kar povzroči, da se velikosti tokov razlikujeta. Ta razlika v toku pri napaki se prevede skozi delovni navoj releja.

Ko tok preseže prednastavljen prag, relej zapre svoje kontaktnice, s tem pa aktivira preklopnik, da se izklopi. S tem dejanjem se odstrani defektni razpon od preostalega sistema. Tak sistem zaščite se imenuje Merz-Prize cirkulirni tokovni sistem, ki je zelo učinkovit za zaznavanje in odzivanje na zemljiške in medfazne napake.

Povezava diferencialnega sistema zaščite

Diferencialni sistem zaščite zahteva dva identična pretvornika toka, ki sta nameščena na obeh straneh zaščitnega razpona. Sekundarni terminali teh pretvornikov toka so povezani v zvezdno konfiguracijo, njihovi končni terminali pa so povezani preko pilotnih vodov. Medtem so navoji releja povezani v delta konfiguracijo. Neutralni točki pretvornikov toka in releja so povezani na skupno terminalo. Ta specifična šema povezave zagotavlja natančno zaznavanje neravnovesij tokov in omogoča hitro izolacijo napak.

Relej je povezan preko ekvipotencialnih točk treh pilotnih vodov, da se zagotovi, da vsak pretvornik toka nosi enako breme. Ker je sredina vsakega pilotnega voda njegova ekvipotencialna točka, je relej strategično postavljen v sredini teh vodov.

Za optimalno delovanje diferencialnega sistema zaščite je ključno, da so navoji releja blizu pretvornikov toka bližnjici glavnega električnega kroga. To je mogoče doseči z vstavljanjem uravnoteževalnih upornikov v vrsto s pilotnimi vodi, s tem pa se efektivno premaknejo ekvipotencialne točke bližje glavnemu preklopniku.

Načelo delovanja diferencialnega sistema zaščite

Predpostavimo, da pride do propada izolacije na fazi R omrežja, kar povzroči napako. Kot rezultat tega postanejo tokovi v sekundarnih vikovih pretvornikov toka neravnovesni. To neravnovesje generira diferencialne tokove, ki tečejo skozi navoj releja. Tako se aktivira relej in izda ukaz za izklop preklopnika, s tem pa se izolira defektni razpon od preostalega sistema.

Ta sistem zaščite ima pa bistveno omejitev: zelo je občutljiv na magnetizacijski prilivni tok transformatorja. Prilivni tok lahko povzroči, da relej napačno deluje. Za reševanje tega problema se uporablja pristranski diferencialni relej. Ta vrsta releja dovoljuje, da določen raven neravnovesnega toka preteče skozi njegov navoj brez nepotrebnega delovanja.

Za nadaljnje zmanjšanje vpliva magnetizacijskega prilivnega toka se v dizajn vključi utrjevalni navoj. Utrjevalni navoj učinkovito zmanjša vpliv prilivnega toka, kar releju omogoča, da ostane odporen proti napačnim izklopom, povzročenim magnetizacijskim prilivnim tokom. Reliji opremljene s takšno konfiguracijo se imenujejo pristranski diferencialni releji.

Scenarij napake in delovanje releja

Ko pride do napake med katerima koli dvema fazama, na primer med fazama Y in B, bo skozi te dve fazi tekla kratična točka. Ta napaka moti ravnotežje tokov, ki tečejo skozi pretvornike toka (CT). Tako preteče diferencialni tok skozi delovni navoj releja, s tem pa se relej izklopi in odpre svoje kontaktnice, s tem pa izolira defektni razpon od električnega sistema.

Težave s sistemom diferencialne zaščite

V sistemih diferencialne zaščite se običajno uporablja neutralna uporna žica, da se zmanjša negativen vpliv zemljiških tokov. Ko pa pride do zemljiške napake blizu neutralne točke, generira majhen elektromotorni napor (emf) relativno majhen kratični tok, ki teče skozi neutral. Upornost zemljiškega priključka ta tok še dodatno zmanjša. Tako doseže le minimalen tok relej. Ker ta majhen tok ni zadosten, da bi aktiviral navoj releja, napaka morda ostane nezaznana, kar lahko vodi do poškodbe generatorja.

Spremenjen shema diferencialnega sistema zaščite

Za reševanje zgornje navedenega problema je bil razvit izboljšan shema diferencialnega sistema zaščite. Ta spremenjen shema vključuje dva ločena elementa: eden je namenjen zaščiti pred fazonapakami, drug pa za zaščito pred zemljiškimi napakami.

Elementi za zaščito pred fazonapakami so povezani v zvezdno konfiguracijo skupaj s upornikom. Medtem je relej za zemljiške napake postavljen med zvezdno povezanimi faznimi elementi in neutralno točko. Specifično, dva elementa za fazonapake, skupaj s uravnoteževalnim upornikom, so povezani v zvezdno vzorec, in relej za zemljiške napake je nato povezan med zvezdno povezavo in neutralno pilotno žico. Ta konfiguracija izboljša zmogljivost sistema za natančno zaznavanje in odzivanje na fazonapake in zemljiške napake, s tem pa izboljša splošno zanesljivost diferencialnega sistema zaščite.

Zvezdno povezan krog kaže simetrijo, s tem pa zagotavlja, da noben ravnotežen pretekali tok iz točke cirkuliranja toka ne bo pretekel skozi relej za zemljiške napake. Tako lahko v tem sistemu občutljivi relej za zemljiške napake deluje z visoko stopnjo stabilnosti, zanesljivo zaznavaje zemljiške napake, ne da bi bil aktiviran zaradi normalnih ravnotežnih fluktuacij toka.