Felfüggesztett vezetékek védelme – Hibák és védelmi eszközök
Gyakori hibák a felfüggesztett vezetékeknél
A felfüggesztett vezetékek leggyakoribb hibái a következők:
Kapcsolódó cikk: Tápegység védelme & hibák
Felfüggesztett vezetékek védelmi eszközei
Az időben lépcsőszerűen beállított túlramutató védelem hatástalan a magas feszültségű (HV) felfüggesztett átvitelvezetékeknél. Ez a több, egymással összekapcsolt hibajel forrásának jelenlétére vezethető vissza, amelyeket a hibajel korlátozó berendezések korlátozhatnak. A HV felfüggesztett átvitelvezetékek védelmi rendszereinek főbb követelményei a következők:
Ezen követelmények teljesítéséhez a következő védelmi eszközöket gyakran használják a HV felfüggesztett vezetékeknél:
A differenciális védelem általában rövidebb felfüggesztett vezetékeknél alkalmazzák, míg a távolsági védelem hosszabb felfüggesztett vezetékeknél alkalmasabb. A felfüggesztett vezetékek rövid és hosszú osztályozása a vezeték induktív, ellenállási és kapacitív tulajdonságainak összehasonlításán alapul. Egy vezetéket rövidnek tekintünk, ha ellenállása és kapacitása elhanyagolható a induktív viszonylatban. Ez a felmérés gyakran a felfüggesztett vezeték π - diagramjának segítségével történik.
Számos tényező befolyásolja a vezeték impedanciáját, fizikai reakcióját a rövidzárt esetén, valamint a vezeték töltési áramát. Ezek közé tartozik a feszültség szintje, a vezeték fizikai szerkezete, a vezeték típusa és mérete, valamint a vezetékek közötti távolság. Emellett a vezeték termináljainak száma befolyásolja a terhelés- és hibajel áramát, amit a védelmi rendszer figyelembe kell vennie. A párhuzamos vezetékek is befolyásolják a védőrelék működését, mivel a kölcsönös kötődés befolyásolhatja a védőrelé által mérni kívánt talajáramot. A séries kapacitív bankok vagy szélső reaktorok jelenléte tovább befolyásolja a védelmi rendszer kiválasztását és a védőeszközök beállítását. Így a felfüggesztett vezeték részletes vizsgálata szükséges a legmegfelelőbb védelmi relék meghatározásához. Általánosságban egy 80 - 100 km-es vezetéket rövidnek tekinthetünk, bár ez változhat a feszültség szintjétől és a hálózati jellemzőktől függően.
Kb. 90%-a a felfüggesztett vezetéken bekövetkező hibák tranziensek. A hibákat a következőképpen osztályozhatjuk:
Ilyen hibák esetén egyoldalú váltószakaszra lehet szükség, ami lehetővé teszi a vezeték gyors újraindítását a védőkarok után. Ennek megfelelően a egyoldalú váltószakasz és automatikus újraindító rendszereket gyakran használják a felfüggesztett átvitelvezetékekhez kapcsolódó védőkaroknál (általában 220 kV vagy annál magasabb feszültség esetén). Amikor a védőkarok megszakítják a hibajel áramát, a villámlási ív kialszik, és az ionizált levegő elszóródik. Az automatikus újraindítás általában néhány ciklus késedelmi után sikeres. Ugyanakkor, amikor energiaszerzési munkát végeznek, az automatikus újraindító eszközöket a munkálat alatt álló vonalon nem újraindító módba kell állítani. Ezekben az alkalmazásokban használt védőkarok specifikusan készültek, hogy ezen műveleteket kezeljék, és addig ne legyenek érzékenyek a szakaszok inkonstans viselkedésére, amíg a végleges váltóparancsot nem adták ki.
Differenciális és fázis összehasonlító védelem
A differenciális védelem Kirchhoff áramtörvényére épül. A vezetéknél ez a módszer az áram összehasonlításával működik, amely a vezeték egyik végén belép, és a másik végén kilép. A vezetékenkénti differenciális relék a vezeték két végén adatokat cserélnek a vezetéken áthaladó áramról optikai vezetékön keresztül. Ez a kapcsolat gyakran a Villamosenergiai Talajvezető Optikai Kábel (OPGW) segítségével van megvalósítva, amelyet a felfüggesztett vezeték villámlásvédelmére is használnak, és amely struktúrájában optikai vezetékeket tartalmaz. A 1. ábra a differenciális védelmi rendszer diagramját mutatja be.
Ábra 1 – Felfüggesztett vezeték differenciális védelmének diagramja
Egy másik, a differenciális védelmi elv alapján működő védelmi rendszer a magas feszültségű (HV) vezetékeknél, amely már a hosszú távolságú vezetékeknél is alkalmazott, a fázis összehasonlító védelem.
Ez a rendszer a vezeték két végén lévő áramok fázisszögeinek összehasonlításával működik. Külső hibák esetén a vezetékbe belépő áram ugyanolyan relatív fázisszögű, mint a kimenő áram. Így a fázis összehasonlító relék a két végponton csak minimális vagy semmilyen fázisszögek különbséget regisztrálnak. Ezzel a védelmi rendszer stabil marad, és nincs váltás. Belső hiba esetén azonban az áram mindkét irányból folyik be a vezetékbe, ami fázisszög különbséget okoz, amit a fázis összehasonlító relék fel tudnak észlelni. Ez a különbség felismerésével a relék aktiválódnak, hogy elkülönítsék és elhárítsák a hibát.
A fázis összehasonlító védelem hatékony működéséhez megbízható kommunikációs csatorna szükséges. A modern alkalmazásokban a felfüggesztett vezeték talajvezető optikai kábel (OPGW) integrált optikai vezetékei váltottak a kommunikációs csatorna létrehozásának előnyben részesített választásává.
A 2. ábra a Merz Price feszültségi egyensúly rendszer egyvonalszerű diagramját mutatja, amely háromfázis vezetékek védelmére használható.
Fázis összehasonlító védelem és távolsági védelem
Fázis összehasonlító védelem
Ábra 2 – Fázis összehasonlító védelem diagramja
A fázis összehasonlító védelemben azonos áramátváltók (CT) vannak stratégiai helyeken elhelyezve minden fázisban a vezeték két végén. Minden CT pár, egy a vezeték egyik, egy a másik végén, sorba van kötve egy relével. Normál, hiba nélküli működés esetén a CT-k által generált másodlagos feszültségek egyenlőek a nagyságukban, de ellentétesek az irányukban, így kiegyensúlyozzák egymást.
A rendszer normál működése esetén a vezeték egyik végére belépő áram pontosan megegyezik a másik végén kilépő árrammal. Így a CT-k másodlagos részeiben egyenlő és ellentétes feszültségek jelennek meg. Ez a feszültségek egyensúlya azt eredményezi, hogy nincs áram a relékben, így a védelmi rendszer stabilitása fenntartva van.
Amikor azonban a vezetéken, mint például az F pontban, hiba történik, ahogy az a 2. ábrán látható, az árameloszlás megszakad. Konkrétabban, a CT1-n át sokkal nagyobb áram fog áramkolni, mint a CT2-n. Ez a különbség az áramban a CT-k másodlagos feszültségeinek egyenlőtlenségét eredményezi. Így egy cirkuláló áram jön létre, amely a vezető dróton és a reléken keresztül folyik. Ennek a cirkuláló áramnak a hatására a vezeték két végén lévő védőkarok váltanak, gyorsan elszakítva a hibás vezetéket a többi energiaforrásból.
Olvassa el még: Elsődleges és másodlagos vagy biztonsági védelem a villamos energiaszolgáltatásban
Távolsági védelem
A távolsági védelem távolsági relék, azaz távolsági relék segítségével működik, amelyek a vezeték impedanciáját mérjék, elemzve a rájuk ható feszültség- és áramszerű jeleket. Ha a vezetéken hiba történik, két jelentős változás történik: az áram jelentősen emelkedik, és a feszültség drasztikusan csökken.
Mivel a vezeték impedanciája arányos a hosszával, a távolsági relék úgy vannak kialakítva, hogy az impedanciát a "hatótávolsági pont" néven ismert előre meghatározott pontig mérjék. Ezek a relék, amelyeket gyakran impedanciarelkének is neveznek, az Ohm törvényét használják az impedancia kiszámítására, amely a Z = U/I képletben fejezhető ki, ahol Z az impedancia, U a feszültség, I pedig az áram.
A távolsági relék kifejezetten akkor működnek, amikor a hiba a relék helye és a kiválasztott hatótávolsági pont között fordul elő. Ez a tervezési jellemző lehetővé teszi, hogy a relék hatékonyan megkülönböztessék a különböző vezetékszakaszokon bekövetkező hibákat. A relék által kiszámított látszólagos impedancia össze van hasonlítva a beállított hatótávolsági pont impedanciájával. Ha a mérni kívánt impedancia alacsonyabb, mint a hatótávolsági pont impedanciája, akkor azt feltételezik, hogy a hiba a relék és a hatótávolsági pont közötti vezetéksen van. Ha a kiszámított impedancia a relék hatótávolsági beállításán belül esik, a relék aktiválódnak, indítva a védelmi műveletet.
A teljes védelem biztosításához a távolsági védelmi rendszereket a vezeték két végére telepítik, és kommunikációs kapcsolatot hoznak létre a végpontok között, ahogy a 3. ábra mutatja. Ez a kommunikáció lehetővé teszi a végponton lévő relék koordinált működését, javítva a védelmi rendszer teljes hatékonyságát.
Távolsági relék teljesítménye és jellemzői
Ábra 3 – Felfüggesztett vezeték távolsági védelmének diagramja
A távolsági relék teljesítményét két fő paraméter alapján értékelik: a hatótávolsági pont pontossága és a működési idő.
Hatótávolsági pont pontossága
A hatótávolsági pont pontossága a távolsági relék valódi ohm-hatótávolságának a gyakorlati, valós világ feltételek melletti összehasonlítását jelenti a beállított ohm-értékkel. Ez a metrika jelentősen befolyásolódik a relékhez hozzárendelt feszültségnél a hiba esetén. Alacsonyabb vagy torzított feszültség pontosabb mérést eredményezhet, ami befolyásolhatja a relék képességét a hiba helyének helyes azonosítására a meghatározott hatótávolságon belül. Emellett a konkrét relék tervezésében használt impedancia-mérési technikák is szerepet játszanak. Különböző algoritmusok és hardverkonfigurációk eltérő pontosságot eredményezhetnek, így befolyásolják a relék teljes hatótávolsági pont pontosságát.
Működési idő
A távolsági relék működési ideje egy változó mennyiség, amely több tényezőtől függ. A hibajel áramának nagysága közvetlen hatással van; a magasabb hibajel áramok gyorsabb működést eredményezhetnek, míg a kevésbé intenzív áramok hosszabb válaszidőt okozhatnak. A hiba helye a relék beállításhoz képest is számít. A forrás közelében, vagy a relékhez közeli helyen bekövetkező hibák gyorsabb választ eredményezhetnek, mint a távolabbi hibák. Továbbá a hiba a feszültség hullámon belüli helyzete is befolyásolhatja a működési időt.
Bizonyos mérési jel transzienst hibák, amelyek a relék tervezésében használt mérési technikákkal kapcsolatosak, tovább bonyolíthatják a helyzetet. Például a kondenzátoros feszültségátváltók (CVT) vagy a telítődő áramátváltók (CT) által generált hibák jelentősen késlethetik a relék működését, különösen a hatótávolsági pont közelében bekövetkező hibák esetén. Ezek a transzienst hibák torzíthatják a feszültség- és áramszerű jeleket, ami a relék hibás interpretációját és a működési idő késleltetését eredményezheti.
Távolsági relék jellemzői
A távolsági relék jellemzői, amelyeket gyakran védelmi formának is neveznek, grafikusan ábrázolják a vezeték ellenállását (R) és impedanciáját (X) egy R/X vagy admittancia diagramon. A két leggyakrabban használt forma a kör (mho jellemző) és a négyszög. Ezek a jellemző alakzatok a 10. és 11. ábrán láthatók. Minden alakzatnak megvan a saját előnyei, és a különböző villamos rendszer feltételek alatti optimális működés érdekében készült, biztosítva a normál működési feltételek és a védett vezetékszakasz valódi hibái közötti megbízható megkülönböztetést.
Ábra 4 – Mho jellemző
Távolsági relék jellemzői, hatótávolsági beállítások és újraindítás
Ábra 5 – Nég
