Busbarschutz | Busbardifferenzialschutzschema

In früheren Zeiten wurden nur herkömmliche Überstromrelais für die Busbar-Schutz verwendet. Es ist jedoch wünschenswert, dass ein Fehler in einem an der Busbar angeschlossenen Leiter oder Transformator das Bussystem nicht stört. Aus diesem Grund werden die Zeiteinstellungen der Busbar-Schutzrelais verlängert. Wenn daher ein Fehler direkt an der Busbar auftritt, dauert es lange, bis die Busbar von der Energiequelle getrennt wird, was erhebliche Schäden im Bussystem verursachen kann.
In jüngster Zeit werden Distanzschutzrelais zweiter Zone am Eingangsleiter mit einer Betriebszeit von 0,3 bis 0,5 Sekunden für die Busbar-Schutz eingesetzt.
Diese Schutzschema hat jedoch auch einen Hauptnachteil. Dieses Schutzschema kann den fehlerhaften Abschnitt der Busbar nicht unterscheiden.
Heutzutage arbeitet das elektrische Energiesystem mit riesigen Mengen an Energie. Daher führt jede Unterbrechung des gesamten Bussystems zu großen Verlusten für das Unternehmen. Es wird daher unerlässlich, nur den fehlerhaften Abschnitt der Busbar bei einem Bussystemfehler zu isolieren.

Ein weiterer Nachteil des Schemas des Distanzschutzes zweiter Zone ist, dass die Abstimmungszeit manchmal nicht kurz genug ist, um die Systemstabilität sicherzustellen.
Um die oben genannten Schwierigkeiten zu überwinden, wird häufig ein Differenzschutz für die Busbar mit einer Betriebszeit von weniger als 0,1 Sekunde auf vielen SHT-Bussystemen angewendet.

Differenzschutz für die Busbar

Stromdifferenzschutz

Das Schema des Busbar-Schutzes basiert auf dem Kirchhoffschen Stromgesetz, welches besagt, dass der Gesamtstrom, der einen elektrischen Knoten betritt, genau gleich dem Gesamtstrom ist, der den Knoten verlässt.
Daher ist der Gesamtstrom, der in einen Busabschnitt eingeht, gleich dem Gesamtstrom, der den Busabschnitt verlässt.

Das Prinzip des Differenzschutzes für die Busbar ist sehr einfach. Hier sind die Sekundärseiten der Stromtransformatoren parallel verbunden. Das bedeutet, die S1-Anschlüsse aller Stromtransformatoren werden miteinander verbunden und bilden eine Busleitung. Ähnlich werden die S2-Anschlüsse aller Stromtransformatoren miteinander verbunden, um eine weitere Busleitung zu bilden.
Eine Tripp-Relais ist zwischen diesen beiden Busleitungen angeschlossen.

In der obigen Abbildung nehmen wir an, dass unter normalen Bedingungen die Leiter A, B, C, D, E und F die Ströme IA, IB, IC, ID, IE und IF führen.
Nach dem Kirchhoffschen Stromgesetz gilt:

Alle für den Differenzschutz der Busbar verwendeten Stromtransformatoren haben in der Regel das gleiche Stromverhältnis. Daher muss auch die Summe aller Sekundärströme gleich Null sein.

Nehmen wir nun an, dass der durch das Relais fließende Strom, das parallel zu allen Sekundärseiten der Stromtransformatoren angeschlossen ist, iR ist, und iA, iB, iC, iD, iE und iF sind die Sekundärströme.
Wenden wir nun das KCL am Knoten X an. Laut KCL am Knoten X gilt:

Es ist also klar, dass unter normalen Bedingungen kein Strom durch das Busbar-Schutz-Tripp-Relais fließt. Dieses Relais wird allgemein als Relais 87 bezeichnet. Angenommen, ein Fehler tritt in einem der Leiter außerhalb des geschützten Bereichs auf. In diesem Fall fließt der Fehlerstrom durch den Primärkreis des Stromtransformators dieses Leiters. Dieser Fehlerstrom wird von allen anderen an der Busbar angeschlossenen Leitern beigesteuert. Der beigesteuerte Teil des Fehlerstroms fließt dann durch den entsprechenden Stromtransformator des jeweiligen Leiters. Daher, wenn wir unter dieser fehlerhaften Bedingung das KCL am Knoten K anwenden, erhalten wir immer noch iR = 0.

Das bedeutet, dass bei externen Fehlern kein Strom durch das Relais 87 fließt. Betrachten wir nun eine Situation, in der ein Fehler direkt an der Busbar auftritt.
Auch in diesem Fall wird der Fehlerstrom von allen an der Busbar angeschlossenen Leitern beigesteuert. Daher entspricht die Summe aller beigesteuerten Fehlerströme dem Gesamtfehlerstrom.
An der fehlerhaften Stelle gibt es jedoch keinen Stromtransformator. (Bei externen Fehlern fließen sowohl der Fehlerstrom als auch der beigesteuerte Strom durch verschiedene Leiter durch den Stromtransformator.)

Die Summe aller Sekundärströme ist nicht länger Null. Sie entspricht dem sekundären Äquivalent des Fehlerstroms.
Wenn wir nun das KCL an den Knoten anwenden, erhalten wir einen Wert von iR, der ungleich Null ist.
Unter dieser Bedingung beginnt der Strom durch das Relais 87 zu fließen und löst die Schaltstellen aus, die alle an diesen Busabschnitt angeschlossenen Leiter betreffen.
Da alle eingehenden und ausgehenden Leiter, die an diesen Busabschnitt angeschlossen sind, abgetrennt werden, wird die Busbar tot.
Dieses Differenzschutzschema für die Busbar wird auch als Stromdifferenzschutz der Busbar bezeichnet.

Differenzschutz für abgeteilte Busbars

Beim Erklären des Arbeitsprinzips des Stromdifferenzschutzes für die Busbar haben wir eine einfache, nicht abgeteilte Busbar gezeigt. Aber in moderat hochspannungsfähigen Spannungssystemen wird die elektrische Busbar in mehrere Abschnitte aufgeteilt, um die Stabilität des Systems zu erhöhen. Dies geschieht, damit ein Fehler in einem Abschnitt der Busbar andere Abschnitte des Systems nicht stört. Bei einem Busfehler würde daher der gesamte Bus unterbrochen.
Lassen Sie uns den Schutz einer Busbar mit zwei Abschnitten zeichnen und diskutieren.

Hier wird der Busabschnitt A oder die Zone A durch CT1, CT2 und CT3 begrenzt, wobei CT1 und CT2 Leiterstromtransformatoren und CT3 Busstromtransformator sind.
Ähnlich wird der Busabschnitt B oder die Zone B durch CT4, CT5 und CT6 begrenzt, wobei CT4 Busstromtransformator, CT5 und CT6 Leiterstromtransformatoren sind.
Daher überlappen sich die Zonen A und B, um sicherzustellen, dass keine Zone hinter diesem Busbar-Schutz-Schema zurückbleibt.
Die ASI-Anschlüsse von CT1, 2 und 3 werden miteinander verbunden, um den Sekundärbus ASI zu bilden;
Die BSI-Anschlüsse von CT4, 5 und 6 werden miteinander verbunden, um den Sekundärbus BSI zu bilden.
Die S2-Anschlüsse aller Stromtransformatoren werden miteinander verbunden, um einen gemeinsamen Bus S2 zu bilden.
Nun wird das Busbar-Schutzrelais 87A für Zone A zwischen dem Bus ASI und S2 angeschlossen.
Das Relais 87B für Zone B wird zwischen dem Bus BSI und S2 angeschlossen.
Dieses Differenzschutzschema für die Busbar funktioniert in ähnlicher Weise wie der einfache Stromdifferenzschutz der Busbar.
D. h., jeder Fehler in Zone A löst nur CB1, CB2 und Bus CB aus.
Jeder Fehler in Zone B löst nur CB5, CB6 und Bus CB aus.
Daher wird bei einem Fehler in einem Abschnitt der Busbar nur dieser Abschnitt vom lebenden System getrennt.
Bei Stromdifferenzschutz der Busbar kann das