Feeder Protection Relay: En Komplet Guide

En feederbeskyttelsesrelæ er en enhed, der beskytter kraftsystemets feedere mod forskellige typer fejl, såsom kortslutninger, overbelastninger, jordfejl og brudte ledere. En feeder er en transmissions- eller distributionslinje, der fører strøm fra et understation til belastningen eller en anden understation. Feederbeskyttelsesrelæer er afgørende for at sikre kraftsystemers pålidelighed og sikkerhed, da de hurtigt kan opdage og isolere fejl, forhindre skade på udstyr og minimere strømafbrydelser.

Hvad er et afstandsbeskyttelsesrelæ?

Et af de mest almindelige typer feederbeskyttelsesrelæer er det afstandsbeskyttelsesrelæ, også kendt som et impedanserelæ. Et afstandsbeskyttelsesrelæ måler impedancen (Z) af feederlinjen ved hjælp af spænding (V) og strøm (I) input fra den tilsvarende potentialemformer (PT) og strøm-transformator (CT). Impedancen beregnes ved at dividere spændingen med strømmen: Z = V/I.

Afstandsbeskyttelsesrelæet sammenligner den målte impedans med en foruddefineret indstilling, der repræsenterer den maksimalt tilladte impedans for normal drift. Hvis den målte impedans er lavere end indstillingsværdien, betyder det, at der er en fejl på feederlinjen, og relæet vil sende et trip-signal til kredsløbsbryderen for at isolere fejlen. Relæet kan også vise fejlparametre, såsom fejlstrøm, spænding, modstand, reaktance og fejldistance, på sin skærm.

Fejldistance er afstanden fra relæets placering til fejlens placering, hvilket kan estimeres ved at multiplicere den målte impedans med linjens impedans pr. kilometer. For eksempel, hvis den målte impedans er 10 ohm og linjens impedans pr. kilometer er 0,4 ohm/km, så er fejldistance 10 x 0,4 = 4 km. At kende fejldistance kan hjælpe med at lokalisere og reparere fejlen hurtigt.

Hvordan fungerer en firkantegenskab?

Et afstandsbeskyttelsesrelæ kan have forskellige driftsegenskaber, såsom cirkulære, mho, firkantede eller mangekantede. En firkantegenskab er en populær valgmulighed for moderne numeriske relæer, da den giver mere fleksibilitet og nøjagtighed i indstilling af beskyttelseszoner.

En firkantegenskab er en parallelogramformet graf, der definerer relæets beskyttelszone. Grafen har fire akser: fremadstående modstand (R F), bagudstående modstand (R B), fremadstående reaktance (X F) og bagudstående reaktance (X B). Grafen har også en hældningsvinkel kaldet relæets karakteristisk vinkel (RCA), som bestemmer formen på parallelogrammet.

Firkantegenskaben kan tegnes ved at bruge følgende trin:

1. Indstil R F-værdien på den positive X-akse og R B-værdien på den negative X-akse.

2. Indstil X F-værdien på den positive Y-akse og X B-værdien på den negative Y-akse.

3. Tegn en linje fra R F til X F med en hældning af RCA.

4. Tegn en linje fra R B til X B med en hældning af RCA.

5. Færdiggør parallelogrammet ved at forbinde R F med R B og X F med X B.

Beskyttelszonen er inde i parallelogrammet, hvilket betyder, at hvis den målte impedans falder inden for dette område, vil relæet trippe. Firkantegenskaben kan dække fire kvadranter af drift:

• Første kvadrant (R- og X-værdier er positive): Denne kvadrant repræsenterer en induktiv last og en fremadstående fejl fra relæet.

• Anden kvadrant (R er negativ og X er positiv): Denne kvadrant repræsenterer en kapacitiv last og en bagudstående fejl fra relæet.

• Tredje kvadrant (R- og X-værdier er negative): Denne kvadrant repræsenterer en induktiv last og en bagudstående fejl fra relæet.

• Fjerde kvadrant (R er positiv og X er negativ): Denne kvadrant repræsenterer en kapacitiv last og en fremadstående fejl fra relæet.

Hvad er forskellige driftszoner?

Et afstandsbeskyttelsesrelæ kan have forskellige driftszoner, der er defineret af forskellige indstillingsværdier for impedans og tidsforsinkelse. Zonerne er designet til at koordinere med andre relæer i systemet og give backup-beskyttelse for nabofeedere.

De typiske driftszoner for et afstandsbeskyttelsesrelæ er:

• Zone 1: Denne zone dækker 80% til 90% af feederlængden og har ingen tidsforsinkelse. Den giver primær beskyttelse for fejl inden for denne zone og tripper øjeblikkeligt.

• Zone 2: Denne zone dækker 100% til 120% af feederlængden og har en kort tidsforsinkelse (typisk 0,3 til 0,5 sekunder). Den giver backup-beskyttelse for fejl uden for zone 1 eller i nabofeedere.

• Zone 3: Denne zone dækker 120% til 150% af feederlængden og har en længere tidsforsinkelse (typisk 1 til 2 sekunder). Den giver backup-beskyttelse for fejl uden for zone 2 eller i fjernfeedere.

Nogle relæer kan også have yderligere zoner, som Zone 4 for lastindtrængen eller Zone 5 for overreach-fejl.

Hvad er andre typer feederbeskyttelsesrelæer?

Udover afstandsbeskyttelsesrelæer findes der andre typer feederbeskyttelsesrelæer, der kan bruges til forskellige anvendelser eller i kombination med afstandsbeskyttelsesrelæer. Nogle eksempler er:

• Overstrømsbeskyttelsesrelæer: Disse relæer måler kun strøm og tripper, når den overstiger en forudindstillet værdi. De er simple, billige og bredt anvendte for radielle feedere.

• Differentialbeskyttelsesrelæer: Disse relæer sammenligner strøm-input fra begge ender af en feeder og tripper, når der er en ubalance mellem dem. De er hurtige, selektive og sensitive for korte feedere eller busbarer.

• Retningsbeskyttelsesrelæer: Disse relæer måler både strøm og spænding og bestemmer deres faservinkel. De tripper kun, når strøm flyder i en specifik retning i forhold til en spænding. De er nyttige for løbende feedere eller parallelle feedere.

• Bueflamme-detectionsrelæer: Disse relæer bruger lyssensorer og højhastigheds-overstrømsdetection til at identificere bueflamme-hændelser på feedere. De tripper hurtigere end konventionelle relæer og forbedrer sikkerheden for personale.

Hvordan vælger man feederbeskyttelsesrelæer?

Valget af feederbeskyttelsesrelæer afhænger af forskellige faktorer, såsom:

• Typen, længden, konfigurationen, belastningen, jordforbindelsen og isolationen af feedere

• Tilgængeligheden, nøjagtigheden, kostprisen, vedligeholdelsen, kommunikationen og integrationen af relæer

• Koordinationen, selektiviteten, sensitiviteten, hastigheden, pålideligheden, sikkerheden og stabiliteten af beskyttelsesschemas

• Standarderne, reglerne, kodeksene, politikkerne og praksisserne hos kraftsystemoperatører

Nogle generelle retningslinjer for valg af feederbeskyttelsesrelæer er:

• Vælg numeriske relæer frem for elektromekaniske eller statiske relæer for bedre ydeevne, funktionalitet, fleksibilitet og diagnostik

• Vælg afstandsbeskyttelsesrelæer frem for overstrøms- eller differentialbeskyttelsesrelæer for lange eller komplekse feedere

• Vælg firkantegenskaber frem for cirkulære eller mho-genskaber for mere nøjagtighed og tilpasningsevne

• Vælg lave-energi analoge sensor-input frem for konventionelle strøm/spændings-input for reduceret størrelse, vægt og sikkerhedsrisici.