Ochrona linii przesyłowej

Ochrona linii zasilającej

Definicja

Ochrona linii zasilającej polega na zabezpieczeniu linii elektrycznych przed uszkodzeniami, aby zapewnić nieprzerwane zaopatrzenie w energię elektryczną. Linie zasilające przesyłają energię elektryczną od stacji transformatorowych do końcowych odbiorców. Zważywszy na ich kluczową rolę w sieci dystrybucji energii, ochrona tych linii przed różnymi rodzajami uszkodzeń jest niezwykle ważna. Podstawowe wymagania dotyczące ochrony linii zasilającej są następujące:

• Wybiórcze wyłączanie: W przypadku zdarzenia krótkiego spięcia powinien otworzyć się tylko najbardziej bliski wyłomowi przełącznik obwódowy, podczas gdy wszystkie inne przełączniki pozostaną zamknięte. To minimalizuje wpływ na zaopatrzenie w energię i zmniejsza zakres awarii.

• Ochrona zapasowa: W przypadku, gdy przełącznik obwódowy najbliżej uszkodzenia nie otworzy się, sąsiednie przełączniki muszą działać jako ochrona zapasowa, izolując uszkodzony fragment. Ta redundancja zapewnia niezawodność całego systemu.

• Optymalna reakcja relé: Czas działania relé ochronnych powinien być zminimalizowany, aby utrzymać stabilność systemu, unikając jednocześnie niepotrzebnego wyłączania zdrowych obwodów. Ten balans jest niezbędny dla efektywnego zarządzania uszkodzeniami.

Chronologia czasowa ochrony

Chronologia czasowa ochrony to schemat, który polega na ustawianiu czasów działania relé w sekwencyjny sposób. Ten podejście zapewnia, że w przypadku uszkodzenia zostanie izolowany jak najmniejszy możliwy fragment systemu elektrycznego, co minimalizuje zakłócenia w całym zaopatrzeniu w energię. Praktyczne zastosowania chronologii czasowej ochrony opisano poniżej.

Ochrona linii radialnych

System zasilania radialny charakteryzuje się jednokierunkowym przepływem energii, przechodzącym od generatora lub źródła zasilania w kierunku końcowego odbiorcy. Jednak ten system ma istotną wadę: w przypadku uszkodzenia trudno jest utrzymać ciągłość zaopatrzenia w energię na końcowym odbiorcy.

W systemie radialnym, gdzie wiele linii zasilających jest połączonych szeregowo, jak pokazano na rysunku, celem jest izolowanie jak najmniejszego możliwego fragmentu systemu w przypadku uszkodzenia. Chronologia czasowa ochrony skutecznie osiąga ten cel. System ochrony przeciwprądowej jest skonfigurowany tak, że im dalej znajduje się relé od stacji generującej, tym krótszy jest jego czas działania. Mechanizm hierarchicznych ustawień czasowych zapewnia, że uszkodzenia są usuwane jak najbliżej źródła problemu, redukując wpływ na resztę systemu.

W przypadku uszkodzenia na SS4, pierwszy powinien działać relé OC5, a nie jakikolwiek inny relé. Oznacza to, że czas działania relé OC4 musi być krótszy niż czas działania relé OC3, itd. To jasno pokazuje konieczność odpowiedniej chronologii czasowej dla tych relé. Minimalny interwał czasowy między dwoma sąsiadującymi przełącznikami obwodowymi jest określany przez sumę ich własnych czasów wyklarowania i małej marginesu bezpieczeństwa.

Dla powszechnie używanych przełączników obwodowych, minimalny czas rozróżnienia między przełącznikami podczas regulacji wynosi około 0,4 sekundy. Ustawienia czasowe dla relé OC1, OC2, OC3, OC4 i OC5 są ustawione odpowiednio na 0,2 sekundy, 1,5 sekundy, 1,5 sekundy, 1,0 sekundy, 0,5 sekundy i natychmiastowo. Oprócz systemu chronologii czasowej, kluczowe jest, aby czas działania dla ciężkich uszkodzeń był zminimalizowany. Można to osiągnąć, podłączając bezpieczniki ograniczające czas równolegle do cewek wyłączających.

Ochrona linii równoległych

Połączenia linii równoległych są głównie stosowane, aby zapewnić ciągłe zaopatrzenie w energię i rozłożyć obciążenie. W przypadku uszkodzenia w zabezpieczonym obwodzie, urządzenie ochronne identyfikuje i izoluje uszkodzony obwód, umożliwiając pozostałym obwodom natychmiastowe przejęcie zwiększonego obciążenia.

Jedną z najprostszych i najskuteczniejszych metod ochrony relé w systemach linii równoległych jest użycie relé przeciwprądowych z charakterystyką odwrotnego czasu na stronie nadawczej, połączonych z relé natychmiastowymi odwróconej mocy lub kierunkowymi na stronie odbiorczej, jak pokazano na rysunku poniżej. Ta konfiguracja umożliwia szybkie i dokładne wykrywanie i izolację uszkodzeń, zwiększając ogólne niezawodność i stabilność systemu linii równoległych.

Gdy wystąpi ciężkie uszkodzenie F na jednej z linii, energia będzie wpływać do uszkodzenia zarówno ze strony nadawczej, jak i odbiorczej. W rezultacie kierunek przepływu energii przez relé w punkcie D odwróci się, powodując otwarcie relé.

Przeciążona prąd będzie następnie ograniczona do punktu B, dopóki relé przeciwprądowe nie aktywuje się i nie wyłączy przełącznika obwodowego. Ta akcja całkowicie izoluje uszkodzony obwód, umożliwiając kontynuację zaopatrzenia w energię przez zdrowy obwód. Jednak ta metoda jest skuteczna tylko, gdy uszkodzenie jest wystarczająco ciężkie, aby odwrócić przepływ energii w punkcie D. Dlatego dodatkowo wprowadza się ochronę różnicową oprócz ochrony przeciwprądowej na obu końcach linii, aby zwiększyć niezawodność systemu ochronnego.

Ochrona systemu pierścieniowego

System pierścieniowy to sieć łącząca szereg elektrowni poprzez wiele tras. W tym systemie kierunek przepływu energii można dostosować według potrzeb, szczególnie gdy są wykorzystywane połączenia.

Podstawowy schemat takiego systemu jest przedstawiony na rysunku poniżej, gdzie G oznacza elektrownię, a A, B, C i D oznaczają podstacje. W elektrowni energia płynie w jednym kierunku, dlatego nie są wymagane relé przeciwprądowe z opóźnieniem czasowym. Relé przeciwprądowe z opóźnieniem czasowym są instalowane na końcach podstacji. Te relé będą działać tylko, gdy przeciążony prąd płynie od podstacji, które są chronione, zapewniając selektywną izolację uszkodzeń i utrzymując stabilność systemu pierścieniowego.

Przechodząc przez pierścień w kierunku GABCD, relé na dalszej stronie każdej stacji są konfigurowane z postępująco malejącymi opóźnieniami czasowymi. W elektrowni opóźnienie czasowe jest ustawione na 2 sekundy; w stacjach A, B i C, ustawienia wynoszą odpowiednio 1,5 sekundy, 1,0 sekundę i 0,5 sekundy, podczas gdy relé w kolejnym odpowiednim punkcie działa natychmiast. Podobnie, poruszając się wokół pierścienia w przeciwnym kierunku, relé na stronie wychodzącej są ustawiane według odpowiedniego wzoru opóźnień czasowych.

W przypadku uszkodzenia w punkcie F, energia wpływa do uszkodzenia przez dwie różne ścieżki: ABF i DCF. Relé, które są aktywowane, to te znajdujące się między podstacją B a punktem uszkodzenia F, oraz między podstacją C a punktem uszkodzenia F. Ta konfiguracja zapewnia, że uszkodzenie na dowolnym fragmencie systemu pierścieniowego spowoduje działanie tylko odpowiednich relé na tym konkretnym fragmencie. W konsekwencji, nieskazitelne fragmenty systemu mogą kontynuować pracę bez przeszkód, utrzymując integralność i niezawodność całej sieci dystrybucji energii.