Síťová ochrana | Schéma diferenciální ochrany sběrnice

V prvních dobách byly pro ochranu sběrnice používány pouze tradiční přetížové relé. Avšak je požadováno, aby závada v libovolném vedlejším vedení nebo transformátoru spojeném se sběrnicí nesporuchovala systém sběrnice. Vzhledem k tomuto jsou časové nastavení ochranných relé pro sběrnici delší. Proto, když dojde k poruše na samotné sběrnici, trvá dlouho, než se sběrnice odpojí od zdroje, což může způsobit velké škody v systému sběrnice.
V nedávné době se začala pro ochranu sběrnice používat druhé zóny distanční ochrany na přicházejících vedlejších vedeních s časem reakce 0,3 až 0,5 sekundy.
Tento schéma má však i hlavní nevýhodu. Toto schéma ochrany nemůže rozlišit vadnou část sběrnice.
Dnes pracují elektrické energetické systémy s obrovským množstvím energie. Proto jakékoli přerušení celého systému sběrnice způsobí firmě velké ztráty. Je tedy nezbytné izolovat pouze vadnou část sběrnice během poruchy.

Další nevýhodou schématu druhé zóny distanční ochrany je, že někdy není čas vyřešení dostatečně krátký, aby zajistil stabilitu systému.
Pro překonání zmíněných obtíží se běžně aplikuje diferenciální ochrana sběrnice s časem reakce kratším než 0,1 sekundy na mnoho SHT systémů sběrnice.

Diferenciální ochrana sběrnice

Ochrana diferencí proudů

Schéma ochrany sběrnice zahrnuje Kirchhoffův zákon o proudech, který říká, že celkový proud vstupující do elektrické uzlové body je přesně roven celkovému proudu opouštějící tento uzel.
Tedy, celkový proud vstupující do části sběrnice je roven celkovému proudu opouštějící část sběrnice.

Princip diferenciální ochrany sběrnice je velmi jednoduchý. Zde jsou druhotné cívele transformátorů proudu (CT) spojeny paralelně. To znamená, že terminály S1 všech CT jsou spojeny dohromady a tvoří sběrnici. Obdobně jsou terminály S2 všech CT spojeny dohromady a tvoří další sběrnici.
Relé pro odpojení je připojeno mezi těmito dvěma sběrnicemi.

Zde, v obrázku výše předpokládáme, že za normálních podmínek vedlejší vedení A, B, C, D, E a F nesou proudy IA, IB, IC, ID, IE a IF.
Nyní, podle Kirchhoffova zákona o proudech,

Všechny CT použité pro diferenciální ochranu sběrnice mají stejný poměr proudu. Proto musí být také součet všech druhotných proudů roven nule.

Nyní, řekněme, že proud procházející relé připojeným paralelně se všemi druhotnými cívkami CT, je iR, a iA, iB, iC, iD, iE a iF jsou druhotné proudy.
Nyní, aplikujme KCL na uzel X. Podle KCL na uzlu X,

Je tedy jasné, že za normálních podmínek žádný proud neprochází relé pro ochranu sběrnice. Toto relé je obvykle označováno jako Relé 87. Nyní, řekněme, že došlo k poruše na některém z vedlejších vedení, mimo chráněnou zónu. V tomto případě bude vadný proud procházet primární cívkou CT tohoto vedlejšího vedení. Tento vadný proud přispívají všechna ostatní vedlejší vedení spojená se sběrnicí. Takže přispěl díl vadného proudu prochází odpovídající CT daného vedlejšího vedení. Proto v tomto vadném stavu, pokud aplikujeme KCL na uzel K, stále získáme, iR = 0.

To znamená, že za externích vadných podmínek žádný proud neprochází relé 87. Nyní zvažme situaci, kdy dojde k poruše na samotné sběrnici.
V této situaci také vadný proud přispívají všechna vedlejší vedení spojená se sběrnicí. Proto v této situaci je součet všech přispělých vadných proudů roven celkovému vadnému proudu.
Nyní, na vadném okruhu není žádné CT. (při externí poruše oba vadný proud a přispělý proud k poruše různými vedlejšími vedeními procházejí CT ve své cestě toku).

Součet všech druhotných proudů již není nula. Je roven druhotnému ekvivalentu vadného proudu.
Nyní, pokud aplikujeme KCL na uzly, získáme nenulovou hodnotu iR.
Tedy v této situaci začne proud procházet relé 87 a spustí odpojení výměníků odpovídajících všem vedlejším vedením spojeným s touto částí sběrnice.
Jelikož jsou odpojeny všechna přicházející a odcházející vedlejší vedení spojená s touto částí sběrnice, sběrnice zemře.
Toto schéma diferenciální ochrany sběrnice je také nazýváno ochranou diferencí proudů sběrnice.

Diferenciální ochrana sekcí sběrnice

Při vysvětlení principu ochrany diferencí proudů sběrnice jsme ukázali jednoduchou nesekční sběrnicí. Ale v středně vysokých napěťových systémech je elektrická sběrnice rozdělena na více sekcí, aby se zvýšila stabilita systému. Je to proto, aby porucha v jedné sekcí sběrnice nerozrušovala jiné části systému. Proto během poruchy na sběrnici bude přerušena celá sběrnice.
Zaměřme se na ochranu sběrnice s dvěma sekcemi.

Zde je sekce A nebo zóna A ohraničena CT1, CT2 a CT3, kde CT1 a CT2 jsou transformátory proudu vedlejších vedení a CT3 je transformátor proudu sběrnice.
Obdobně je sekce B nebo zóna B ohraničena CT4, CT5 a CT6, kde CT4 je transformátor proudu sběrnice, CT5 a CT6 jsou transformátory proudu vedlejších vedení.
Tedy, zóna A a B jsou překrývající, aby se zajistilo, že neexistuje žádná zóna, která by byla mimo toto schéma ochrany sběrnice.
Terminály ASI CT1, 2 a 3 jsou spojeny dohromady, aby tvořily sekundární sběrnici ASI;
Terminály BSI CT4, 5 a 6 jsou spojeny dohromady, aby tvořily sekundární sběrnici BSI.
Terminály S2 všech CT jsou spojeny dohromady, aby tvořily společnou sběrnici S2.
Nyní, relé ochrany sběrnice 87A pro zónu A je připojeno mezi sběrnicí ASI a S2.
Relé 87B pro zónu B je připojeno mezi sběrnicí BSI a S