Προστασία Αέριων Γραμμών – Σφάλματα και Συσκευές Προστασίας

Κοινές Απωθήσεις σε Συρματώδη Γραμμές

Οι πιο κοινές αιτίες απωθήσεων σε συρματώδεις γραμμές περιλαμβάνουν:

• Εξωτερικές Επιδράσεις: Συγκρούσεις αεροσκαφών και επεισόδια που σχετίζονται με οχήματα που βλάπτουν τις γραμμές και τις υποστηρικτικές δομές.

• Επέμβαση Πανίδας: Πουλιά και ζώα που προκαλούν διαταραχές, όπως η παραμονή τους σε τρόπο που εμποδίζει τα ηλεκτρικά συσταγματικά μέρη ή δημιουργεί σύνδεση σε σύντομο χρονικό διάστημα.

• Αποσβέστες Διάβρωσης: Αποσβέστες που μολύνονται, το οποίο μπορεί να οδηγήσει σε ηλεκτρικές απωθήσεις.

• Προβλήματα Λογικά με το Καιρό: Υπερβολική συσσώρευση πάγου και χιονιού που υπερφορτίζει τις γραμμές, καθώς και χτυπήματα αστραπής που μπορούν να βλάψουν την εξοπλισμό.

• Ηλεκτρικά Φαινόμενα: Ανεξέλεγκτες μερικές εκκρεμότητες (κορωνίδιο) που μπορούν να επιβαρύνουν σταδιακά την ακεραιότητα της γραμμής.

• Βλάβες σε Αποσβέστες: Τραυματισμοί ή σπάσιμο αποσβεστών, που αποδυναμώνει την ηλεκτρική απομόνωση των γραμμών.

• Εγκάρσια Προσέγγιση: Δέντρα που αναπτύσσονται πολύ κοντά στις γραμμές, πιθανώς να επικαλύψουν επαφή και να προκαλέσουν απωθήσεις.

• Τάσεις Που Προκαλούνται από τον Άνεμο: Ισχυροί άνεμοι που μπορούν να κυματίσουν τις γραμμές, προκαλώντας μηχανικές βλάβες ή σύνδεση σε σύντομο χρονικό διάστημα.

Σχετικό Άρθρο: Προστασία και Απωθήσεις Μετατροπέα Δυναμικού

Συστήματα Προστασίας Συρματώδων Γραμμών

• Χαμηλής Τάσης (LV) Συρματώδεις Γραμμές: Χρησιμοποιούνται προστατικά στοιχεία, όπως φίδια ή διακόπτες, για την προστασία από υπερβολικούς ρευστούς, παρέχοντας ένα βασικό επίπεδο προστασίας για συστήματα χαμηλής τάσης.

• Μεσαίας Τάσης (MV) Συρματώδεις Γραμμές: Προστατικά στοιχεία, όπως ρελέ (50, 50N, 51, 51N, 67, 67N) συνδεδεμένα με μετατροπείς ρευστού (CT), είναι συνηθισμένα. Αυτά τα ρελέ παρακολουθούν την ροή του ρεύματος και ενεργοποιούν τους διακόπτες όταν ανιχνεύονται ανωμαλοί υπερβολικοί ρευστοί.

Η χρονοκαθορισμένη προστασία από υπερβολικούς ρευστούς είναι αναποτελεσματική για συρματώδεις γραμμές υψηλής τάσης (HV). Αυτό οφείλεται στην ύπαρξη πολλών συνδεδεμένων πηγών ρευστού, οι οποίες μπορεί να περιορίζονται από περιοριστικά στοιχεία ρευστού. Οι βασικές απαιτήσεις για προστασία σε συρματώδεις γραμμές υψηλής τάσης είναι οι εξής:

• Ανίχνευση Απωθήσεων: Το σύστημα ηλεκτρικής προστασίας πρέπει να είναι σε θέση να αναγνωρίζει όλες τις απωθήσεις που συμβαίνουν στην προστατευόμενη γραμμή σε λίγο χρόνο.

• Διάκριση Απωθήσεων: Πρέπει να είναι σε θέση να διακρίνει μεταξύ απωθήσεων στην προστατευόμενη γραμμή και απωθήσεων σε γειτονικές γραμμές, συνδεσμούς, μετατροπείς και άλλο εξοπλισμό.

• Γρήγορη Απομάκρυνση Απωθήσεων: Οι απωθήσεις πρέπει να απομακρυνθούν σε λιγότερο από 1 δευτερόλεπτο για να προληφθεί η αστάθεια του συστήματος.

• Αξιοπιστία: Το σύστημα προστασίας πρέπει να είναι υψηλά αξιόπιστο, εξασφαλίζοντας ότι μπορεί να απομακρύνει απωθήσεις ακόμη και όταν ένα μόνο κομμάτι εξοπλισμού αποτυγχάνει.

Για να επιτευχθούν αυτές οι απαιτήσεις, τα εξής συστήματα προστασίας είναι συνηθισμένα σε συρματώδεις γραμμές υψηλής τάσης:

• Διαφορική και Σύγκριση Φάσεων Προστασία

• Προστασία Απόστασης

Η διαφορική προστασία εφαρμόζεται συνήθως σε σύντομες συρματώδεις γραμμές, ενώ η προστασία απόστασης είναι πιο κατάλληλη για μεγάλες συρματώδεις γραμμές. Η ταξινόμηση των συρματώδων γραμμών ως σύντομες ή μεγάλες βασίζεται στη σύγκριση της αντιστάσεως, της αντίστασης και της ικανότητας της γραμμής. Μια γραμμή θεωρείται σύντομη όταν η αντίσταση και η ικανότητα είναι αμελητέες σε σύγκριση με την αντιστάση. Αυτή η αξιολόγηση συνήθως γίνεται χρησιμοποιώντας το π - διάγραμμα της συρματώδους γραμμής.

Πολλοί παράγοντες επηρεάζουν την αντίσταση της γραμμής, τη φυσική αντίδραση σε συνθήκες σύντομης σύνδεσης και την ροή ρεύματος φόρτισης. Αυτοί περιλαμβάνουν το επίπεδο τάσης, τη φυσική κατασκευή της γραμμής μεταφοράς, τον τύπο και το μέγεθος των συνδετών, καθώς και την απόσταση μεταξύ των συνδετών. Επιπλέον, ο αριθμός των άκρων της γραμμής επηρεάζει τη ροή των ρευστών φόρτισης και απωθήσεων, τα οποία το σύστημα προστασίας πρέπει να λαμβάνει υπόψη. Παράλληλες γραμμές επίσης επηρεάζουν την προστασία, καθώς η μεταξύ τους συνδεσιμότητα μπορεί να επηρεάσει το ρεύμα που μετράται από τα προστατικά ρελέ. Η παρουσία τροποποιημένων μετατροπέων ή κατασταλτικών συστημάτων, όπως σειριακά κατασταλτικά τροποποιημένων ή παράλληλα αντίστατα, επηρεάζει περαιτέρω την επιλογή του συστήματος προστασίας και τις ρυθμίσεις των προστατικών συστημάτων. Ως αποτέλεσμα, μια λεπτομερής μελέτη της συρματώδους γραμμής είναι απαραίτητη για την καθορισμό των πιο κατάλληλων προστατικών ρελέ. Συνήθως, μια γραμμή με μήκος μέχρι 80 - 100 χιλιόμετρα μπορεί να θεωρηθεί σύντομη, αν και αυτό μπορεί να διαφέρει ανάλογα με το επίπεδο τάσης και τα χαρακτηριστικά του δικτύου.

Περίπου το 90% των απωθήσεων σε συρματώδεις γραμμές είναι μεταβατικής φύσης. Οι απωθήσεις μπορούν να ταξινομηθούν ως εξής:

• Φάση - σε - Γη: Μια απώθηση όπου μια φάση επικοινωνεί με τη γη.

• Φάση - σε - Φάση: Μια απώθηση που συμβαίνει μεταξύ δύο φάσεων.

• Φάση - σε - Φάση - σε - Γη: Μια συνδυασμένη απώθηση φάσης - σε - φάση και φάσης - σε - γη.

• Τρεις Φάσεις: Μια απώθηση που περιλαμβάνει όλες τις τρεις φάσεις ταυτόχρονα.

Για τέτοιες απωθήσεις, μπορεί να απαιτείται η ενεργοποίηση μόνο μιας πόλης, επιτρέποντας την αποκατάσταση της γραμμής άμεσα μετά την ενεργοποίηση των διακόπτες. Συνεπώς, συστήματα μονοπόλης και αυτόματης ανασύνδεσης είναι συνηθισμένα σε διακόπτες που συνδέονται με συρματώδεις γραμμές μεταφοράς (συνήθως με τάση 220 kV ή μεγαλύτερη). Όταν οι διακόπτες διακόπτουν το ρεύμα απώθησης, η ηλεκτρική τόξη εξαφανίζεται και το ιονισμένο αέριο διαλύεται. Η αυτόματη ανασύνδεση είναι συνήθως επιτυχής μετά από καθυστέρηση μερικών κύκλων. Ωστόσο, όταν εκτελούνται εργασίες με ενεργή τροφοδοσία, τα αυτόματα συστήματα ανασύνδεσης στις γραμμές που εργάζονται πρέπει να είναι σε λειτουργία μη ανασύνδεσης. Οι διακόπτες που χρησιμοποιούνται σε αυτές τις εφαρμογές πρέπει να σχεδιαστούν ειδικά για να αντιμετωπίζουν αυτές τις λειτουργίες και να είναι ανυποχώρητοι σε περιπτώσεις που υπάρχει αναστάτωση πόλης μέχρι να εκδοθεί οριστική εντολή αποσύνδεσης.

Διαφορική και Σύγκριση Φάσεων Προστασία

Η διαφορική προστασία βασίζεται στον Νόμο του Kirchhoff. Στο πλαίσιο μιας γραμμής μεταφοράς, λειτουργεί συγκρίνοντας το ρεύμα που εισέρχεται στη γραμμή σε ένα άκρο με το ρεύμα που εξέρχεται από τη γραμμή στο άλλο άκρο. Τα διαφορικά ρελέ σε κάθε άκρο της γραμμής μεταφοράς ανταλλάσσουν δεδομένα για το ρεύμα της γραμμής μέσω μιας διαδραστικής σύνδεσης με ιντερφέισον. Αυτή η σύνδεση συνήθως εγκαθίσταται χρησιμοποιώντας το καλώδιο Optical Power Ground Wire (OPGW), το οποίο χρησιμοποιείται επίσης για την προστασία της γραμμής από την αστραπή και περιέχει ιντερφέισον στη δομή του. Το Σχήμα 1 δείχνει το διάγραμμα του συστήματος διαφορικής προστασίας.

Σχήμα 1 – Διαφορική Προστασία Συρματώδους Γραμμής
Ένα άλλο σύστημα προστασίας για γραμμές μεταφοράς υψηλής τάσης (HV), το οποίο βασίζεται στην αρχή της διαφορικής προστασίας και εφαρμόζεται ακόμη και για μεγάλες αποστάσεις, είναι η προστασία σύγκρισης φάσεων.
Αυτό το σύστημα λειτουργεί συγκρίνοντας τη φάση μεταξύ των ρευμάτων στα δύο άκρα της προστατευόμενης γραμμής. Σε περίπτωση εξωτερικών απωθήσεων, το ρεύμα που εισέρχεται στη γραμμή έχει την ίδια σχετική φάση με το ρεύμα που εξέρχεται από τη γραμμή. Ως αποτέλεσμα, τα ρελέ σύγκρισης φάσεων σε κάθε άκρο καταγράφουν μικρή ή καθόλου διαφορά φάσης. Συνεπώς, το σύστημα προστασίας παραμένει σταθερό και δεν ενεργοποιείται. Αντίθετα, κατά τη διάρκεια μιας εσωτερικής απώθησης, το ρεύμα ρέει στη γραμμή από και τα δύο άκρα, προκαλώντας μια διαφορά φάσης που τα ρελέ σύγκρισης φάσεων μπορούν να ανιχνεύσουν. Στη στιγμή που αναγνωρίζεται αυτή η διαφορά, τα ρελέ ενεργοποιούνται για να απομονώσουν και να απομακρύνουν την απώθηση.
Στα συστήματα σύγκρισης φάσεων, τα ρελέ εναρξης παίζουν σημαντικό ρόλο. Αυτά τα ρελέ ενεργοποιούν τη διαδικασία σύγκρισης φάσεων αμέσως μετά την ανίχνευση μιας συνθήκης απώθησης. Η σχεδίασή τους εξασφαλίζει τη λε