Proudové ochrany přenosových linek

Schéma ochrany přenášením nosného proudu pro přenosové linky

Schéma ochrany přenášením nosného proudu se především používá pro ochranu dlouhých vzdálenostních přenosových linek. Na rozdíl od běžných ochranných metod, které se zaměřují na porovnání skutečných hodnot proudů, tento systém funguje tak, že porovnává fázové úhly proudů na obou koncích linky. Na základě vztahu fázových úhlů může přesně určit, zda došlo k poruše uvnitř chráněné části linky (interní porucha) nebo mimo ni (externí porucha). Nosný komunikační kanál, který je klíčovou součástí tohoto ochranného systému, se skládá ze čtyř hlavních prvků: vysílače, přijímače, spojovacího zařízení a pasti pro linku.

Přijímač nosného proudu má za úkol zachytit nosný proud, který je vysílán vysílačem umístěným na druhém konci linky. Po jeho přijetí převede tento nosný proud na stejnosměrné napětí (DC). Toto DC napětí slouží jako řídící signál, který mohou využít relé nebo jiné elektrické obvody k provedení specifických ochranných funkcí. Zvláště, pokud není přijat žádný nosný proud, klesne výstupní napětí přijímače na nulu, což naznačuje přerušení komunikačního spojení nebo možnou změnu operačního stavu systému.

Past na linku, umístěná mezi sběrnou lištou a spojením kondenzátoru s přenosovou linií, je paralelní LC (indukčnost - kapacita) síť pečlivě naladěná na rezonanci ve vysokých frekvencích. Její hlavní funkce spočívá v omezování nosného proudu uvnitř chráněné části linky. Tímto způsobem efektivně brání interferenci z jiných sousedních kanálů nosného proudu, zajišťuje integritu a přesnost fungování ochranného systému. Kromě toho hraje past na linku klíčovou roli v minimalizaci ztrát signálu nosného proudu do okolních elektrických obvodů, což zvyšuje celkovou spolehlivost komunikačního spojení nosného proudu a přidružených ochranných funkcí.

Ochrana nosným proudem: Součásti a metody

Spojovací kondenzátor plní dvojitou funkci v systému ochrany nosným proudem. Propojuje vysokefrekvenční zařízení s jedním z vodičů linky, umožňuje přenos nosných signálů. Zároveň izoluje elektrické zařízení od vysokého napětí elektrické linky. Za normálních provozních podmínek proud teče pouze vodičem linky. Pokud jde o vysokefrekvenční nosný proud, obíhá po vodiči linky opatřeném vysokefrekvenčními pastmi, projde kondenzátorem pasti a pak do země.

Metody ochrany nosným proudem

Existuje několik metod ochrany nosným proudem, s dvěma základními formami jsou směrová porovnávací ochrana a fázová porovnávací ochrana. Tyto metody jsou popsány níže:

1. Směrová porovnávací ochrana

Ve schématu směrové porovnávací ochrany se mechanismus ochrany spoléhá na porovnání směru toku energie při poruše na obou koncích přenosové linky. Relé fungují pouze tehdy, když energie na obou koncích linky teče od sběrné lišty k lince. Po porovnání směrů přenáší nosný pilotní relé informace o tom, jak reagují směrová relé na opačném konci při krátkém zapojení.

Relé umístěná na obou koncích linky spolupracují na izolaci poruchy od sběrné lišty. V případě interní poruchy uvnitř chráněné části je tok energie ve směru ochrany. Naopak u externí poruchy je tok energie v opačném směru. Během poruchy se prostý signál přenáší pomocí nosného pilotu z jednoho konce linky na druhý. Pilotní ochranná reléová schémata používaná pro ochranu přenosových linek lze hlavně rozdělit do dvou typů:

• Schéma blokovací ochrany nosným proudem: Toto schéma omezí fungování relé. Funguje tím, že blokuje poruchu, než se dostane do chráněné části elektrického systému. Schéma blokovací ochrany nosným proudem je ceněno za svou spolehlivost, protože efektivně chrání zařízení systému před možnou poškozením.

• Schéma povolení blokování: Na rozdíl od blokovacího schématu toto ochranné schéma umožňuje, aby proud poruchy vstoupil do chráněné části systému.

2. Fázová porovnávací ochrana nosným proudem

Fázová porovnávací ochrana nosným proudem se zaměřuje na porovnání fázového vztahu mezi proudem vstupujícím do pilotní zóny a proudem opouštějícím chráněnou zónu. Zvláštností je, že neporovnává velikosti těchto proudů. Tato ochranná metoda poskytuje hlavní nebo primární ochranu a proto je nezbytné ji doplnit záložní ochranou. Schéma fázové porovnávací ochrany nosným proudem je znázorněno na obrázku níže.

Funkce a výhody ochrany nosným proudem

Transformátory proudu (CT) nainstalované na přenosové lince dodávají energii do sítě. Tato síť převede výstupní proud z transformátorů proudu na jednofázové sinusové výstupní napětí. Toto napětí je pak přivedeno do vysílače nosného proudu a porovnávače. Obdobně je výstup přijímače nosného proudu také přiveden do porovnávače. Porovnávač hraje klíčovou roli v řízení funkce pomocného relé, které pak v případě potřeby aktivuje vypínací relé přenosové linky.

Výhody ochrany nosným proudem

Schémata ochrany nosným proudem nabízejí několik významných výhod, které jsou uvedeny níže:

• Současné a rychlé vypnutí vypínacích relé: Jednou z klíčových výhod je možnost dosáhnout rychlého a současného vypnutí vypínacích relé na obou koncích přenosové linky. Tato koordinovaná akce zajistí, že poruchy budou rychle izolovány, což minimalizuje dobu neobvyklých stavů v elektrickém systému.

• Efektivní likvidace poruch: Systém disponuje rychlým procesem likvidace poruch. Rychlým přerušením toku poruchového proudu efektivně brání vážným dopadům na elektrický systém, snižuje riziko poškození zařízení a udržuje stabilitu systému.

• Integrované signalizace: Ochrana nosným proudem eliminuje potřebu samostatných signálních vedení. Místo toho se elektrické linky používají k přenosu jak elektrické energie, tak komunikačních signálů. To zjednodušuje celkový návrh systému, snižuje náklady na instalaci a minimalizuje potenciální rušení signálů z externích zdrojů.

• Ultra rychlé vypnutí: Umožňuje vypnutí vypínacích relé na obou koncích linky už během jednoho až tří cyklů. Tato extrémně rychlá odezva je klíčová pro ochranu moderních, vysokokapacitních elektrických systémů a zajištění spolehlivého dodávky elektrické energie.

• Kompatibilita s moderním zařízením: Systém ochrany nosným proudem je vysoko kompatibilní s moderními, rychle působícími vypínacími relé. Tato synergie umožňuje ještě efektivnější a spolehlivější reléování, což zlepšuje celkový výkon a ochranné schopnosti elektrické sítě.

• Univerzální aplikace: Historicky byla technologie nosného proudu v elektrických sítích široce používána pro různé účely, včetně nadřízeného řízení, telefonní komunikace, telemetrie a reléování. Tato univerzálnost z ní činí cenný nástroj v elektrických distribučních systémech, umožňující bezproblémovou integraci více funkcí v jedné infrastruktuře.