Zásobovací ochrana

Chránění vývodu

Definice

Chránění vývodu zahrnuje ochranu elektrických vývodů před poruchami, aby se zajistilo ne přerušované dodávání elektřiny do sítě. Vývody přenášejí elektrickou energii od transformátorových stanic k spotřebičům. Vzhledem k jejich klíčové roli v distribuční síti je ochrana vývodů před různými typy poruch velmi důležitá. Základní požadavky na ochranu vývodů jsou následující:

• Selektivní vypnutí: Během krátkého zapojení by měl otevřít pouze nejblíže k poruše umístěný spínací přestupek, zatímco všechny ostatní spínací přestupky zůstanou zavřené. Toto minimalizuje dopad na dodávku elektřiny a snižuje rozsah výpadků.

• Záložní ochrana: Pokud spínací přestupek nejbližší k poruše selže, musí sousední spínací přestupky působit jako záložní ochrana pro izolaci vadné části. Tato redundance zajišťuje spolehlivost celkového systému.

• Optimální odpověď relé: Doba provozu ochranných relé by měla být minimalizována, aby se udržela stabilita systému a zabránilo nepotřebnému vypnutí zdravých okruhů. Tento rovnováha je klíčová pro efektivní zpracování poruch.

Časově stupňovaná ochrana

Časově stupňovaná ochrana je schéma, které zahrnuje nastavení pracovních časů relé v posloupnosti. Tento přístup zajišťuje, že při výskytu poruchy bude izolována pouze nejmenší možná část elektrického systému, což minimalizuje rušení celkové dodávky elektřiny. Praktické aplikace časově stupňované ochrany jsou popsány níže.

Ochrana radiálních vývodů

Radiální elektrický systém se charakterizuje jednosměrným proudem energie, který se pohybuje od generátoru nebo zdroje dodávky směrem k spotřebičům. Tento systém má však významnou nevýhodu: v případě poruchy je obtížné udržet kontinuitu dodávky elektřiny na straně spotřebičů.

V radiálním systému, kde jsou v sérii spojeny více vývodů, jak je znázorněno na obrázku, cílem je izolovat nejmenší možnou část systému při výskytu poruchy. Časově stupňovaná ochrana efektivně dosahuje tohoto cíle. Přetížovací ochranný systém je konfigurován tak, že čím dál je relé umístěno od výrobní stanice, tím kratší je jeho pracovní čas. Tento hierarchický mechanismus nastavení času zajišťuje, že poruchy jsou vyřešeny co nejblíže zdroji problému, což snižuje dopad na zbytek systému.

Pokud dojde k poruše na SS4, relé OC5 by mělo být první, které začne fungovat, nikoli žádné jiné relé. To znamená, že pracovní čas relé OC4 musí být kratší než pracovní čas relé OC3 a tak dále. To jasně ukazuje na nutnost správného časového stupňování těchto relé. Minimální časový interval mezi dvěma sousedními spínacími přestupky je určen součtem jejich vlastních časů vypnutí a malé bezpečnostní rezervy.

Pro běžně používané spínací přestupky je minimální diskriminační čas mezi přestupky při nastavení přibližně 0,4 sekundy. Časová nastavení pro relé OC1, OC2, OC3, OC4 a OC5 jsou nastavena na 0,2 sekundy, 1,5 sekundy, 1,5 sekundy, 1,0 sekundu, 0,5 sekundy a okamžité. Kromě časově stupňovaného systému je klíčové, aby byl čas provozu pro závažné poruchy minimalizován. To lze dosáhnout paralelním připojením časově omezujících pojistek k cívkám vypínání.

Ochrana paralelních vývodů

Paralelní spojení vývodů se používají primárně k zajištění ne přerušované dodávky elektřiny a rozdělení zátěže. Pokud dojde k poruše v chráněném vývodu, ochranné zařízení identifikuje a izoluje vadný vývod, což umožní zbylým vývodům okamžitě převzít zvýšenou zátěž.

Jedním z nejjednodušších a nejefektivnějších způsobů ochrany relé v systémech s paralelními vývody je použití časově stupňovaných přetížovacích relé s inverzními charakteristikami na vysílací straně, kombinovaných s okamžitými relé pro detekci obráceného proudu nebo směrové relé na přijímací straně, jak je znázorněno na obrázku níže. Tato konfigurace umožňuje rychlé a přesné detekci a izolaci poruch, což zvyšuje celkovou spolehlivost a stabilitu systému s paralelními vývody.

Pokud dojde na libovolné z linek k závažné poruše F, proud energie poteče do poruchy z obou stran – vysílací a přijímací. V důsledku toho se směr toku energie skrz relé v bodě D obrátí, což způsobí, že relé otevře.

Přetokový proud pak bude omezován na bod B, dokud se přetížovací relé neaktivuje a nevypne spínací přestupek. Tímto aktem je kompletně izolován vadný vývod, což umožňuje pokračovat v dodávce elektřiny přes zdravý vývod. Tento postup je však efektivní pouze tehdy, pokud je porucha dostatečně závažná, aby se směr toku energie v bodě D obrátil. Proto je do ochranného systému integrována i diferenciální ochrana vedle přetížovací ochrany na obou koncích linky, aby se zvýšila spolehlivost ochranného systému.

Ochrana kruhového hlavního systému

Kruhový hlavní systém je propojovací síť, která spojuje řadu elektráren více trasami. V tomto systému lze směr toku energie upravit podle potřeby, zejména když jsou využity propojení.

Základní schéma tohoto systému je znázorněno na obrázku níže, kde G představuje výrobní stanici, a A, B, C a D označují transformátorové stanice. Na výrobní stanici teče proud v jednom směru, takže nejsou potřeba časově zpožděné přetížovací relé. Časově stupňovaná přetížovací relé jsou instalovány na koncích transformátorových stanic. Tyto relé se vypnou pouze tehdy, když přetížový proud teče pryč od stanic, které chrání, což zajišťuje selektivní izolaci poruch a udržuje stabilitu kruhového hlavního systému.

Při pohybu po kruhu ve směru GABCD jsou relé na opačné straně každé stanice nastaveny s postupně se zkracujícími časy zpoždění. Na výrobní stanici je čas zpoždění nastaven na 2 sekundy; na stanicích A, B a C jsou nastavení 1,5 sekundy, 1,0 sekunda a 0,5 sekundy, zatímco relé na dalším relevantním místě funguje okamžitě. Podobně, když se pohybujeme po kruhu v opačném směru, jsou relé na vysílacích stranách nastaveny podle odpovídajícího časového zpoždění.

Pokud dojde k poruše v bodě F, proud energie poteče do poruchy dvěma různými cestami: ABF a DCF. Relé, která se aktivují, jsou ty, které jsou umístěny mezi transformátorovou stanicí B a bodem poruchy F, a mezi transformátorovou stanicí C a bodem poruchy F. Tato konfigurace zajišťuje, že porucha na jakékoli dané části kruhového hlavního systému způsobí, že se budou aktivovat pouze relevantní relé na této specifické části. Následně neovlivněné části systému mohou pokračovat v funkčnosti bez přerušení, což udržuje integrity a spolehlivost celkové distribuční sítě.