Beskyttelse af linjer eller forsyninger

Da længden af elektriske strømtransmissionslinjer generelt er tilstrækkelig lang og den kører igennem åben atmosfære, er sandsynligheden for fejl i elektriske strømtransmissionslinjer meget højere end for elektriske strømtransformatorer og alternatorer. Derfor kræver en transmissionslinje mange flere beskyttelsesforanstaltninger end en transformator og en alternator.
Linjebeskyttelse skal have nogle specielle egenskaber, som –

1. Ved fejl skal kun den bryder, der ligger tættest på fejlpunktet, springe.

2. Hvis bryderen, der ligger tættest på fejlpunktet, ikke springer, vil den næste bryder springe som backup.

3. Driftstiden for relæet, der er forbundet med linjebeskyttelsen, skal være så kort som muligt for at undgå unødvendig springning af brydere, der er forbundet med andre sunde dele af strømsystemet.

De ovennævnte krav gør, at beskyttelsen af transmissionslinjen er meget forskellig fra beskyttelsen af transformatorer og andet udstyr i strømsystemer. De tre hovedmetoder til transmissionslinjebeskyttelse er –

1. Tidsgradueret overstrømbeskyttelse.

2. Differentialbeskyttelse.

3. Afstandsbeskyttelse.

Tidsgradueret overstrømbeskyttelse

Dette kan også blot refereres til som overstrømbeskyttelse af elektriske strømtransmissionslinjer. Lad os diskutere de forskellige skemaer for tidsgradueret overstrømbeskyttelse.

Beskyttelse af radiell forsyning

I en radiell forsyning flyder strømmen kun i én retning, nemlig fra kilde til last. Denne type forsyninger kan let beskyttes ved hjælp af enten definerede tidrelæer eller inverse tidrelæer.

Linjebeskyttelse ved definerede tidrelæer

Dette beskyttelsesskema er meget enkelt. Her er hele linjen opdelt i forskellige sektioner, og hver sektion er udstyret med et defineret tidrelæ. Relæet, der ligger nærmest linjens ende, har den mindste tidsindstilling, mens tidsindstillingerne for de andre relæer succesivt øges mod kilden.
F.eks. antag, at der er en kilde ved punkt A, i figuren nedenfor

Ved punkt D er bryderen CB-3 installeret med en defineret tid for relæets drift på 0,5 sek. Successivt, ved punkt C, er en anden bryder CB-2 installeret med en defineret tid for relæets drift på 1 sek. Den næste bryder CB-1 er installeret ved punkt B, der ligger nærmest punkt A. Ved punkt B er relæet indstillet til en drifttid på 1,5 sek.
Nu, antag, at en fejl forekommer ved punkt F. På grund af denne fejl, flyder fejlstrømmen gennem alle de strømtransformatorer eller CT'er, der er forbundet i linjen. Men da drifttiden for relæet ved punkt D er den mindste, vil CB-3, der er forbundet med dette relæ, springe først for at isolere fejlzonen fra resten af linjen. Hvis CB-3 for nogen grunde ikke springer, vil det næste højere indstillede relæ aktivere den tilhørende bryder for at springe. I dette tilfælde vil CB-2 springe. Hvis CB-2 også ikke springer, vil den næste bryder, dvs. CB-1, springe for at isolere størstedelen af linjen.

Fordele ved defineret tidslinjebeskyttelse

Det primære fordel ved dette skema er enkelhed. Den anden store fordel er, at under fejl kun den nærmeste bryder mod kilden fra fejlpunktet vil virke for at isolere den specifikke position i linjen.

Ulemper ved defineret tidslinjebeskyttelse

Hvis antallet af sektioner i linjen er ret stort, vil tidsindstillingen for relæet, der ligger nærmest kilden, være meget lang. Så under enhver fejl nær kilden vil det tage lang tid at blive isoleret. Dette kan forårsage alvorlige ødelæggende effekter på systemet.

Overstrømbeskyttelse af linjer ved inverse relæer

Den ulempe, vi netop diskuterede i forbindelse med defineret tids-overstrømbeskyttelse af transmissionslinjer, kan let overkommes ved hjælp af inverse tidrelæer. I inverse relæer er drifttiden omvendt proportional med fejlstrømmen.

I figuren ovenfor er den samlede tidsindstilling for relæet ved punkt D den mindste, og denne tidsindstilling øges successivt for relæerne, der er forbundet med punkterne mod punkt A.
Hvis der opstår en fejl ved punkt F, vil CB-3 ved punkt D naturligvis springe. Hvis CB-3 ikke åbner, vil CB-2 blive aktiveret, da den samlede tidsindstilling er højere for relæet ved punkt C.
Selvom tidsindstillingen for relæet, der ligger nærmest kilden, er den højeste, vil det dog springe hurtigt, hvis der opstår en stor fejl nær kilden, da drifttiden for relæet er omvendt proportional med fejlstrømmen.

Overstrømbeskyttelse af parallelle forsyninger

For at opretholde stabiliteten i systemet er det nødvendigt at forsyne en last fra kilde med to eller flere parallelle forsyninger. Hvis der opstår en fejl i en af forsyningerne, skal kun den fejlfulde forsyning isoleres fra systemet for at opretholde strømforsyningen fra kilde til last. Dette krav gør beskyttelsen af parallelle forsyninger lidt mere kompliceret end simpel ikke-retningsoverstrømbeskyttelse af linjer, som i tilfældet med radielle forsyninger. Beskyttelsen af parallelle forsyninger kræver brug af retningsrelæer og graduering af tidsindstillinger for selektiv springning.

Der er to forsyninger forbundet i parallel fra kilde til last. Begge forsyninger har ikke-retningsoverstrømrelæer ved kildeenden. Disse relæer skal være inverse tidrelæer. Desuden har begge forsyninger retningsspecifikke relæer eller reverse power relæer ved deres lastende. De reverse power relæer, der anvendes her, skal være øjeblikkelige. Det betyder, at disse relæer skal virke så snart strømfloden i forsyningslinjen vendes. Den normale retning for strøm er fra kilde til last.
Nu, antag, at der opstår en fejl ved punkt F, lad os sige, at fejlstrømmen er If. Denne fejl vil få to parallelle veje fra kilden, en gennem bryderen A kun og en anden via CB-B, forsyning-2, CB-Q, lastbus og CB-P. Dette vises tydeligt i figuren nedenfor, hvor IA og IB er fejlstrømmen, der deles mellem forsyning-1 og forsyning-2 henholdsvis.

Ifølge Kirchhoffs strømlaw, IA + IB = If.

Nu flyder IA gennem CB-A, IB flyder gennem CB-P. Da retningen for strømfloden i CB-P vendes, vil den springe øjeblikkeligt. Men CB-Q vil ikke springe, da strømfloden (effekt) i denne bryder ikke vendes. Så snart CB-P springer, stopper fejlstrømmen IB med at flyde gennem forsyningen, og derfor er der ingen grund til yderligere drift af inverse tidsoverstrømrelæ. IA fortsætter stadig med at flyde, selvom CB-P springer. Pga. overstrøm IA, vil CB-A springe. På denne måde isoleres den fejlfulde forsyning fra systemet.

Differential pilotledbeskyttelse

Dette er en simpel differentialbeskyttelsesskema, der anvendes på forsyninger. Flere differentialskemaer anvendes til beskyttelse af linjer, men Mess Price Voltage balance system og Translay Scheme er de mest populære.

Merz Price Balance System

Arbejdsmetoden i Merz Price Balance systemet er ret enkel. I dette skema for linjebeskyttelse er identiske CT'er forbundet til begge ender af linjen. Polaren på CT'erne er den samme. Sekundæren af disse strømtransformatorer og driftspolet af to øjeblikkelige relæer dannes til en lukket løkke, som vist i figuren nedenfor. I løkken anvendes pilotled for at forbinde både CT-sekundær og begge relæspolets, som vist.