Strømbeskyttelse

Feederbeskyttelse

Definisjon

Feederbeskyttelse refererer til beskyttelse av elektriske feeder mot feil for å sikre uavbrutt strømforsyning i nettet. Feeder overfører elektrisk energi fra spenningsstasjoner til belastningsendene. Gitt deres viktige rolle i strømfordelingsnettverket, er det av ytterste viktighet å beskytte feeder mot ulike typer feil. De primære kravene for feederbeskyttelse er som følger:

• Selektiv utskytting: Under en kortslutninghendelse, skal kun den nærmeste sirkuitsbryteren til feilen åpnes, mens alle andre sirkuitsbrytere forbli lukket. Dette minimerer påvirkningen på strømforsyningen og reduserer omfanget av strømnedbrytninger.

• Reservesikring: Hvis sirkuitsbryteren nærmest feilen mislykkes med å åpne, må de naboende sirkuitsbryterne fungere som reservesikring for å isolere den defekte delen. Denne redundansen sikrer systemets pålitelighet.

• Optimal relérespons: Driftstiden for beskyttelsesreléene bør være minimalisert for å opprettholde systemstabiliteten samtidig som unødvendig utskytting av sunne sirkuit blir forebygget. Dette balansepunktet er essensielt for effektiv feilhåndtering.

Tidsgradert beskyttelse

Tidsgradert beskyttelse er et system som involverer innstilling av driftstider for reléer i sekvensiell rekkefølge. Denne tilnærmingen sikrer at når en feil oppstår, blir bare den minste mulige delen av det elektriske systemet isolert, noe som minimerer forstyrrelser i den totale strømforsyningen. De praktiske anvendelsene av tidsgradert beskyttelse er beskrevet nedenfor.

Beskyttelse av radielle feeder

Et radielt strømsystem er kjennetegnet ved unidireksjonell strømflyt, som går fra generator eller strømkilde mot belastningsendene. Imidlertid har dette systemet en betydelig svakhet: under en feil, blir det utfordrende å opprettholde kontinuiteten i strømforsyningen til belastningsendene.

I et radielt system hvor flere feeder er koblet sammen i serie, som illustrert i figuren, er målet å isolere den minste mulige delen av systemet når en feil oppstår. Tidsgradert beskyttelse oppnår dette målet effektivt. Overstrømbeskyttelsessystemet er konfigurert slik at jo lenger en relé er plassert fra kraftverket, jo kortere er driftstiden. Denne hierarkiske tidsinnstillingsmekanismen sikrer at feil ryddes så nær kilden som mulig, noe som reduserer påvirkningen på resten av systemet.

Når en feil oppstår på SS4, bør relé OC5 være den første som opererer, heller enn noen annen relé. Dette betyr at driftstiden for relé OC4 må være kortere enn for relé OC3, og så videre. Dette viser klart nødvendigheten av riktig tidsgradering for disse reléene. Minste tidsintervall mellom to naboende sirkuitsbrytere bestemmes av summen av deres egne ryddingstider pluss en liten sikkerhetsmargin.

For vanlig brukt sirkuitsbrytere, er minimums skillingsiden mellom brytere under justering omtrent 0,4 sekunder. Tidsinnstillingene for reléer OC1, OC2, OC3, OC4, og OC5 er satt til henholdsvis 0,2 sekunder, 1,5 sekunder, 1,5 sekunder, 1,0 sekund, 0,5 sekund, og øyeblikkelig. I tillegg til tidsgradert system, er det viktig at driftstiden for alvorlige feil er minimalisert. Dette kan oppnås ved å koble tidsgrensende fusibler parallelt med trip spoiler.

Beskyttelse av parallelle feeder

Parallelle feederforbindelser brukes hovedsakelig for å sikre kontinuerlig strømforsyning og fordele belastningen. Når en feil oppstår i en beskyttet feeder, vil beskyttelsesenheter identifisere og isolere den defekte feeder, slik at de gjenværende feedere umiddelbart kan overtas den økte belastningen.

En av de enkleste og mest effektive beskyttelsesmetodene for reléer i parallelle feeder-systemer involverer bruk av tidsgraderte overlastreléer med invers tidsegenskaper ved sendeenden, kombinert med øyeblikkelige reversstrøm eller retningsspesifikke reléer ved mottakeenden, som vist i figuren nedenfor. Denne konfigurasjonen gir rask og nøyaktig feildeteksjon og isolering, noe som forbedrer den totale påliteligheten og stabiliteten i det parallelle feeder-systemet.

Når en alvorlig feil F oppstår på noen av linjene, vil strøm flyte inn i feilen fra både sende- og mottakeenden av linjen. Dermed vil retningen av strømflyt gjennom reléen i punkt D snu, noe som fører til at reléen åpner.

Den overmålige strømmen vil deretter bli begrenset til punkt B inntil dens overlastrelé aktiveres og utløser sirkuitsbryteren. Dette handlingen isolerer fullstendig den defekte feeder, slik at strømforsyningen kan fortsette gjennom den sunne feeder. Imidlertid er denne metoden bare effektiv når feilen er alvorlig nok til å snu strømflyten i D. Derfor er differensialbeskyttelse inkludert i tillegg til overlastbeskyttelse ved begge ender av linjen for å forbedre beskyttelsessystemets pålitelighet.

Beskyttelse av ringhovedsystem

Ringhovedsystemet er et interkonneksjonsnettverk som kobler en rekke kraftverk via flere ruter. I dette systemet kan retningen av strømflyt justeres etter behov, spesielt når interkonneksjoner benyttes.

Det grunnleggende skjematikk for et slikt system er illustrert i figuren nedenfor, der G representerer kraftverket, og A, B, C, og D betegner spenningsstasjoner. Ved kraftverket flyter strømmen i én retning, så tidsforsinkede overlastreléer er ikke nødvendige. Tidsgraderte overlastreléer er installert ved endene av spenningsstasjonene. Disse reléene vil bare utløses når en overlaststrøm flyter bort fra spenningsstasjonene de beskytter, noe som sikrer selektiv feilisolering og opprettholder stabiliteten i ringhovedsystemet.

Ved å bevege seg rundt ringen i retningen GABCD, er reléene på den fjerne siden av hver stasjon konfigurert med progressivt mindre tidsforsinking. Ved kraftverket er tidsforsinkingen satt til 2 sekunder; ved stasjonene A, B, og C, er innstillingene 1,5 sekunder, 1,0 sekund, og 0,5 sekund henholdsvis, mens reléen ved neste relevante punkt opererer øyeblikkelig. Tilsvarende, ved å bevege seg rundt ringen i motsatt retning, er reléene på utgående sider satt ifølge en tilsvarande tidsforsinkelsesmønster.

Ved en feil i punkt F, flyter strøm inn i feilen via to distinkte veier: ABF og DCF. Reléene som utløses, er de som ligger mellom spenningsstasjon B og feilpunkt F, samt mellom spenningsstasjon C og feilpunkt F. Denne konfigurasjonen sikrer at en feil på en gitt del av ringhovedsystemet vil få kun de relevante reléene på den spesifikke delen til å operere. Dermed kan de ubetydte delene av systemet fortsette å fungere uten forstyrrelser, noe som opprettholder integriteten og påliteligheten i det totale strømfordelingsnettverket.