Bescherming van lijnen of voeders

Aangezien de lengte van de elektrische energieoverdrachtlijn meestal voldoende lang is en door de open atmosfeer loopt, is de kans op storingen in de elektrische energieoverdrachtlijn veel groter dan bij elektrische transformatoren en alternators. Daarom vereist een overdrachtlijn veel meer beschermingsregelingen dan een transformator en een alternator.
Lijnbescherming moet enkele speciale kenmerken hebben, zoals-

1. Bij een storing dient alleen de schakelaar die het dichtst bij het stoorpunt ligt, te worden uitgeschakeld.

2. Als de schakelaar die het dichtst bij het defecte punt ligt, niet uitvalt, zal de volgende schakelaar als back-up uitvallen.

3. De werktijd van de relais die verbonden zijn met de lijnbescherming, moet zo kort mogelijk zijn om onnodig uitschakelen van schakelaars die verbonden zijn met andere gezonde delen van het energienetwerk te voorkomen.

Deze bovenstaande eisen maken de bescherming van overdrachtlijnen heel anders dan de bescherming van transformatoren en andere apparatuur van energienetwerken. De belangrijkste drie methoden voor bescherming van overdrachtlijnen zijn –

1. Tijdgestructureerde overstroom bescherming.

2. Differentiële bescherming.

3. Afstandsbescherming.

Tijdgestructureerde Overstroombescherming

Dit kan ook eenvoudigweg als overstroombescherming van elektrische energieoverdrachtlijnen worden aangeduid. Laten we verschillende schema's van tijdgestructureerde overstroombescherming bespreken.

Bescherming van Radiale Voeder

In een radiale voeder stroomt de energie in één richting, namelijk van bron naar belasting. Deze type voeders kunnen gemakkelijk worden beschermd door gebruik te maken van zowel bepaalde tijdsrelais als inverse tijdsrelais.

Lijnbescherming door Bepaald Tijdsrelais

Dit beschermingsschema is zeer eenvoudig. Hier wordt de totale lijn in verschillende secties verdeeld en elke sectie is voorzien van een bepaald tijdsrelais. Het relais dat het dichtst bij het einde van de lijn ligt, heeft de minimale tijdsinstelling, terwijl de tijdsinstelling van de andere relais successief toeneemt, richting de bron.
Voorbeeld, stel dat er een bron is op punt A, in de onderstaande figuur

Op punt D is de schakelaar CB-3 geïnstalleerd met een bepaalde tijd van relaisoperatie van 0,5 sec. Successief, op punt C is nog een schakelaar CB-2 geïnstalleerd met een bepaalde tijd van relaisoperatie van 1 sec. De volgende schakelaar CB-1 is geïnstalleerd op punt B, dat het dichtst bij punt A ligt. Op punt B is het relais ingesteld op een operatietijd van 1,5 sec.
Nu, stel dat er een fout optreedt op punt F. Door deze fout stroomt de foute stroom door alle stromingstransformators of CT's die in de lijn zijn aangesloten. Maar omdat de operatietijd van het relais op punt D het laagst is, zal de CB-3, die met dit relais is verbonden, als eerste uitschakelen om het defecte gebied af te scheiden van de rest van de lijn. In het geval dat CB-3 om welke reden dan ook niet uitschakelt, zal het volgende hoger getimede relais werken om de geassocieerde CB te laten uitschakelen. In dit geval zal CB-2 uitschakelen. Als CB-2 ook niet uitschakelt, zal de volgende schakelaar, namelijk CB-1, uitschakelen om een groot deel van de lijn af te scheiden.

Voordelen van Bepaalde Tijdslijnbescherming

Het belangrijkste voordeel van dit schema is de eenvoud. Het tweede belangrijke voordeel is dat bij een fout alleen de dichtstbijzijnde CB richting de bron vanaf het foute punt zal werken om de specifieke positie van de lijn af te scheiden.

Nadeel van Bepaalde Tijdslijnbescherming

Als het aantal secties in de lijn erg groot is, zal de tijdsinstelling van het relais dat het dichtst bij de bron ligt, zeer lang zijn. Dus bij elke fout die dichter bij de bron optreedt, zal het veel tijd kosten om te worden afgescheiden. Dit kan ernstige verwoestende effecten op het systeem hebben.

Overstroomlijnbescherming door Invers Relais

Het nadeel dat we net hebben besproken bij de bepaalde tijds-overstroombescherming van overdrachtlijnen, kan eenvoudig worden overwonnen door gebruik te maken van inverse tijdsrelais. Bij inverse relais is de operatietijd omgekeerd evenredig met de foute stroom.

In de bovenstaande figuur is de totale tijdsinstelling van het relais op punt D het laagst en wordt deze tijdsinstelling successief verhoogd voor de relais die met de punten richting punt A zijn verbonden.
Bij een fout op punt F zal CB-3 op punt D uiteraard uitschakelen. Indien CB-3 niet opent, zal CB-2 worden geactiveerd, omdat de totale tijdsinstelling in dat relais op punt C hoger is.
Hoewel de tijdsinstelling van het relais dat het dichtst bij de bron ligt, het hoogst is, zal het toch in een korte periode uitschakelen als er een grote fout nabij de bron optreedt, omdat de operatietijd van het relais omgekeerd evenredig is met de foute stroom.

Overstroombescherming van Parallelle Voeders

Voor het handhaven van de stabiliteit van het systeem is het nodig om een belasting vanuit een bron te voeden met twee of meer parallelle voeders. Als er een fout optreedt in een van de voeders, moet alleen die defecte voeder van het systeem worden afgescheiden om de continuïteit van de energietoevoer van de bron naar de belasting te behouden. Deze eis maakt de bescherming van parallelle voeders iets complexer dan de eenvoudige niet-richtinggevoelige overstroombescherming van lijnen, zoals bij radiale voeders. De bescherming van parallelle voeders vereist het gebruik van richtingsrelais en het graderen van de tijdsinstelling van het relais voor selectieve uitschakeling.

Er zijn twee voeders parallel verbonden van de bron naar de belasting. Beide voeders hebben een niet-richtinggevoelig overstroomrelais aan de bronkant. Deze relais moeten inverse tijdsrelais zijn. Ook hebben beide voeders een richtingsrelais of reverse power relais aan hun belastingskant. De reverse power relais die hier worden gebruikt, moeten van het directe type zijn. Dat betekent dat deze relais onmiddellijk moeten werken zodra de stroomrichting in de voeder wordt omgekeerd. De normale richting van de stroom is van de bron naar de belasting.
Nu, stel dat er een fout optreedt op punt F, zeg de foute stroom is If. Deze fout krijgt twee parallelle paden van de bron, één via schakelaar A alleen en de andere via CB-B, voeder-2, CB-Q, belastingsbus en CB-P. Dit is duidelijk weergegeven in de onderstaande figuur, waar IA en IB de stroom van de fout zijn die respectievelijk door voeder-1 en voeder-2 worden gedeeld.

Volgens de wet van Kirchoff, IA + IB = If.

Nu, IA stroomt door CB-A, IB stroomt door CB-P. Aangezien de stroomrichting van CB-P omgekeerd is, zal deze onmiddellijk uitschakelen. Maar CB-Q zal niet uitschakelen, omdat de stroomrichting (kracht) in deze schakelaar niet omgekeerd is. Zodra CB-P is uitgeschakeld, stopt de foute stroom IB met stromen door de voeder, en dus is er geen sprake van verdere werking van het inverse tijds-overstroomrelais. IA blijft zelfs doorgaan met stromen nadat CB-P is uitgeschakeld. Dan zal, vanwege de overstroom IA, CB-A uitschakelen. Op deze manier wordt de defecte voeder van het systeem afgescheiden.

Differentiële Pilotdraad Bescherming

Dit is gewoon een differentiële beschermingsschema dat op voeders wordt toegepast. Verschillende differentiële schema's worden toegepast voor lijnbescherming, maar de Mess Price Spanningsbalanssysteem en Translay Scheme worden het meest populair gebruikt.

Mess Price Balans Systeem

Het werkprincipe van het Mess Price Balans Systeem is vrij eenvoudig. In dit schema voor lijnbescherming is een identieke ST aan elk van de beide uiteinden van de lijn verbonden. De polariteit van de ST's is hetzelfde. De secundaire zijde van deze stroomtransformatoren en de werkspoelen van twee instantane relais vormen een gesloten lus, zoals in de onderstaande figuur is weergegeven. In de lus wordt een pilotdraad gebruikt om zowel de secundaire zij