Linje- eller forsyningsledningsskydd

Ettersom lengden på elektriske krafttransmisjonslinjer generelt er lang nok og den løper gjennom åpen atmosfære, er sannsynligheten for at det oppstår feil i elektriske krafttransmisjonslinjer mye høyere enn for krafttransformatorer og alternatorer. Derfor krever en transmisjonslinje mye mer beskyttelse enn en transformator og en alternator.
Beskyttelse av linje bør ha noen spesielle egenskaper, som-

1. Ved feil skal kun den strømbrytere som ligger nærmest feilpunktet, utløses.

2. Hvis strømbryteren nærmest feilpunktet mislykkes med å utløse, vil strømbryteren rett ved siden av denne utløses som sikring.

3. Operasjonstiden for relæet forbundet med beskyttelsen av linjen bør være så kort som mulig for å unngå unødvendig utløsning av strømbrytere forbundet med andre sunne deler av kraftsystemet.

Disse nevnte kravene gjør at beskyttelsen av transmisjonslinje er mye forskjellig fra beskyttelsen av transformator og annen utstyr i kraftsystemer. De tre hovedmetodene for transmisjonslinjebeskyttelse er –

1. Tidsgradert over strøm beskyttelse.

2. Differensialbeskyttelse.

3. Avstandsbegrenset beskyttelse.

Tidsgradert overskringsbeskyttelse

Dette kan også refereres til som overskringsbeskyttelse av elektrisk krafttransmisjonslinje. La oss diskutere ulike skjemaer for tidsgradert overskringsbeskyttelse.

Beskyttelse av radiell forsyning

I radiell forsyning flyter kraften bare i én retning, som er fra kilde til last. Slike forsyninger kan lett beskyttes ved bruk av enten fasttidrelæer eller omvendte tidrelæer.

Linjebeskyttelse ved fasttidrelæ

Dette beskyttelsesskjemaet er veldig enkelt. Her deles totalen linje inn i ulike seksjoner, og hver seksjon leveres med et fasttidrelæ. Relæet nærmest enden av linjen har minimum tidinnstilling, mens tidinnstillingen for andre relæer sukcessivt økes mot kilden.
For eksempel, anta at det er en kilde i punkt A, i figuren nedenfor

I punkt D er strømbryteren CB-3 installert med fast tid for relæoperasjon 0,5 sek. Sukcessivt, i punkt C er en annen strømbryter CB-2 installert med fast tid for relæoperasjon 1 sek. Den neste strømbryteren CB-1 er installert i punkt B, som er nærmest punkt A. I punkt B er relæet innstilt på operasjonstid 1,5 sek.
Nå, anta at det oppstår en feil i punkt F. Pga. denne feilen vil feilstrømmen flyte gjennom alle strømtransformatorer eller ST'er koblet i linjen. Men siden operasjonstiden for relæet i punkt D er minst, vil CB-3, forbundet med dette relæet, utløse først for å isolere feilsonen fra resten av linjen. Hvis CB-3 mislykkes med å utløse av noen grunn, vil det neste høyere tidinnsatte relæet operere for å initiere den forbundne CB-en til å utløse. I dette tilfellet vil CB-2 utløse. Hvis CB-2 også mislykkes med å utløse, vil den neste strømbryteren, altså CB-1, utløse for å isolere stor del av linjen.

Fordeler med fasttidlinjebeskyttelse

Den største fordelen med dette skjemaet er enkelheten. Den andre store fordelen er at under feil, vil bare den nærmeste CB mot kilden fra feilpunktet operere for å isolate den spesifikke posisjonen av linjen.

Ulemper med fasttidlinjebeskyttelse

Hvis antallet seksjoner i linjen er ganske stort, vil tidinnstillingen for relæet nærmest kilden være veldig lang. Så under noen feil nær kilden vil det ta mye tid å isolere. Dette kan føre til alvorlige ødeleggende effekter på systemet.

Overskringslinjebeskyttelse ved invers relæ

Denne ulempe som vi nettopp diskuterte i fasttidoverskringsbeskyttelse av transmisjonslinje, kan lett overkommes ved bruk av inverse relæer. I invers relæ er operasjonstiden proporsjonal invers med feilstrøm.

I figuren over er total tidinnstilling for relæet i punkt D minst, og sukcessivt økes denne tidinnstillingen for relæene forbundet med punktene mot punkt A.
Ved noen feil i punkt F vil CB-3 i punkt D selvfølgelig utløses. Hvis CB-3 mislykkes med å åpne, vil CB-2 operere da total tidinnstilling er høyere i det relæet i punkt C.
Selv om tidinnstillingen for relæet nærmest kilden er maksimal, vil det likevel utløse i kortere periode hvis en stor feil oppstår nær kilden, da operasjonstiden for relæet er proporsjonal invers med feilstrøm.

Overskringsbeskyttelse av parallelle forsyninger

For å opprettholde stabiliteten i systemet er det nødvendig å forsyne en last fra en kilde med to eller flere forsyninger parallelt. Hvis det oppstår en feil i noen av forsyningene, skal bare den feilaktige forsyningen isoleres fra systemet for å opprettholde kontinuiteten i forsyningen fra kilde til last. Dette kravet gjør beskyttelsen av parallelle forsyninger litt mer kompleks enn enkel ikkedireksjonsoverskringsbeskyttelse av linje som i tilfelle radielle forsyninger. Beskyttelsen av parallelle forsyninger krever bruk av direksjonsrelæer og gradering av tidinnstillingen for relæer for selektiv utløsning.

Det er to forsyninger koblet parallelt fra kilde til last. Begge forsyningene har ikkedireksjonale overskringsrelæer ved kildesiden. Disse relæene bør være inverse tidrelæer. Begge forsyningene har også direksjonsrelæer eller reversiv kraftrelæer ved lastenden. De reversive kraftrelæene som brukes her bør være øyeblikksvarianter. Det betyr at disse relæene skal operere umiddelbart når strømflyten i forsyningen snus. Den normale retningen for strøm er fra kilde til last.
Nå, anta at det oppstår en feil i punkt F, la oss si at feilstrømmen er If. Denne feilen vil få to parallelle veier fra kilden, en gjennom strømbryteren A bare, og en via CB-B, forsyning-2, CB-Q, lastbus og CB-P. Dette vises klart i figuren nedenfor, der IA og IB er feilstrømmen delt av forsyning-1 og forsyning-2 henholdsvis.

Ifølge Kirchhoffs strømlag, IA + IB = If.

Nå, IA flyter gjennom CB-A, IB flyter gjennom CB-P. Da retningen av strømflyt i CB-P snur, vil den umiddelbart utløse. Men CB-Q vil ikke utløse da strømflyt (kraft) i denne strømbryteren ikke snur. Når CB-P utløses, stopper feilstrømmen IB med å flyte gjennom forsyningen, og dermed er det ingen grunn til videre operasjon av inverse tidoverskringsrelæ. IA fortsetter å flyte selv om CB-P utløses. Da vil CB-A utløse pga. overskring IA. På denne måten blir den feilaktige forsyningen isolert fra systemet.

Differensial pilotledbeskyttelse

Dette er en enkel differensialbeskyttelsesmetode som anvendes på forsyninger. Flere differensialskjemaer brukes for beskyttelse av linjer, men Mess Price Voltage balance system og Translay Scheme er de mest populære.

Merz Price Balance System

Arbeidsprinsippet for Merz Price Balance systemet er ganske enkelt. I dette skjemaet for linjebeskyttelse er identiske ST'er koblet til begge ender av linjen. Polaren til ST-ene er den samme. Sekundærside av disse strømtransformatorer og driftsspolen til to øyeblikksrelæer danner en lukket løkke som vist i figuren nedenfor. I løkken brukes en pilotled for å koble sekundærside av begge ST-er og begge relæspoler som vist.