Ochrona linii przesyłowych prądem nośnym

Schemat ochrony prądem nośnym linii przesyłowych

Schemat ochrony prądem nośnym jest przede wszystkim stosowany do ochrony długich linii przesyłowych. W przeciwieństwie do tradycyjnych metod ochrony, które skupiają się na porównywaniu rzeczywistych wartości prądów, ten schemat działa poprzez porównywanie kątów fazowych prądów na obu końcach linii. Na podstawie relacji kątowej fazy może on precyzyjnie określić, czy uszkodzenie występuje w ochronionym odcinku linii (uszkodzenie wewnętrzne) czy poza nim (uszkodzenie zewnętrzne). Kanał komunikacyjny prądu nośnego, kluczowy element tego systemu ochrony, składa się z czterech głównych elementów: nadajnika, odbiornika, sprzętu łączącego i pułapki linii.

Odbiornik prądu nośnego ma na celu przechwycenie prądu nośnego wysyłanego przez nadajnik znajdujący się na drugim końcu linii. Po otrzymaniu, przekształca ten prąd nośny w napięcie stałoprądowe (DC). To napięcie stałe służy jako sygnał sterujący, który może być wykorzystywany przez relé lub inne obwody elektryczne do wykonania określonych funkcji ochronnych. Zasługuje na uwagę, że gdy nie jest otrzymywany prąd nośny, napięcie wyjściowe odbiornika spada do zera, co wskazuje na zakłócenie w łączu komunikacyjnym lub potencjalną zmianę stanu pracy systemu.

Pułapka linii, umieszczona między szyną i połączeniem kondensatora sprzęgowego z linią przesyłową, to równoległa sieć LC (indukcyjno-kondensatorska) precyzyjnie nastawiona na rezonans na wysokich częstotliwościach. Jej główna funkcja polega na ograniczeniu prądu nośnego do ochronionego odcinka linii. Poprzez takie działanie efektywnie zapobiega ona interferencji ze strony innych sąsiednich kanałów prądu nośnego, gwarantując integralność i dokładność działania systemu ochronnego. Dodatkowo, pułapka linii odgrywa kluczową rolę w minimalizacji strat sygnału prądu nośnego do sąsiednich obwodów energetycznych, zwiększając tym samym ogólną niezawodność łącza komunikacyjnego prądu nośnego i związanych z nim funkcji ochronnych.

Ochrona prądem nośnym: Komponenty i metody

Kondensator sprzęgowy pełni podwójną funkcję w systemie ochrony prądem nośnym. Łączy on sprzęt wysokoczęstotliwościowy z jednym z przewodników linii, umożliwiając transmisję sygnałów prądu nośnego. Jednocześnie izoluje on sprzęt energetyczny od wysokiego napięcia linii przesyłowej. W normalnych warunkach pracy prąd elektryczny płynie wyłącznie przez przewodnik linii. Natomiast w przypadku wysokoczęstotliwościowego prądu nośnego, ten krąży wzdłuż przewodnika linii wyposażonego w pułapki wysokoczęstotliwościowe, przechodząc przez kondensator pułapki, a następnie do ziemi.

Metody ochrony prądem nośnym

Istnieje kilka metod ochrony prądem nośnym, z dwiema podstawowymi formami stanowiącymi Ochronę Porównaniem Kierunku i Ochronę Porównaniem Faz. Te metody są szczegółowo opisane poniżej:

1. Ochrona Porównaniem Kierunku

W schemacie ochrony porównaniem kierunku mechanizm ochrony opiera się na porównywaniu kierunku przepływu mocy podczas uszkodzenia na obu końcach linii przesyłowej. Relé ochronne działają tylko wtedy, gdy moc na obu końcach linii płynie od szyny w stronę linii. Po porównaniu kierunków, relé pilotowe przekazuje informacje o tym, jak reagują relé kierunkowe na końcu przeciwległym w przypadku zdarzenia krótkiego spięcia.

Relé umieszczone na obu końcach linii współpracują, aby izolować uszkodzenie od szyny. W przypadku wewnętrznego uszkodzenia w ochronionym odcinku, przepływ mocy jest w kierunku ochronnym. Z kolei dla zewnętrznego uszkodzenia, przepływ mocy jest w przeciwnym kierunku. Podczas uszkodzenia prosty sygnał jest przesyłany za pomocą relé pilotowego z jednego końca linii na drugi. Schematy relayingowe ochrony pilotowej używane do ochrony linii przesyłowych można głównie podzielić na dwa typy:

• Schemat blokowania ochrony prądem nośnym: Ten schemat ogranicza działanie relé. Funkcjonuje poprzez blokowanie uszkodzenia przed wejściem do ochronionego odcinka systemu elektrycznego. Schemat blokowania ochrony prądem nośnym jest wysoko ceniony ze względu na swoją niezawodność, skutecznie chroniąc sprzęt systemowy przed potencjalnymi uszkodzeniami.

• Schemat zezwalający na blokowanie: W przeciwieństwie do schematu blokującego, ten schemat ochronny pozwala na wejście prądu uszkodzeniowego do ochronionego odcinka systemu.

2. Ochrona Porównaniem Faz Prądem Nośnym

System ochrony porównaniem faz prądem nośnym koncentruje się na porównywaniu relacji fazowej między prądem wchodzącym do strefy pilotażowej a prądem wychodzącym z ochronionego obszaru. Zasługuje na uwagę, że nie obejmuje on porównywania amplitud tych prądów. Ta metoda ochrony primarily provides main or primary protection, and as such, it is essential to supplement it with backup protection. The circuit diagram of the phase comparison carrier protection scheme is illustrated in the figure provided below.

Działanie i Zalety Ochrony Prądem Nośnym

Transformatory prądowe (CTs) zainstalowane na linii przesyłowej dostarczają energii do sieci. Ta sieć przekształca wyjściowy prąd z CTs w jednofazowe sinusoidalne napięcie wyjściowe. Następnie to napięcie jest kierowane zarówno do nadajnika prądu nośnego, jak i do porównywacza. Podobnie, wyjście odbiornika prądu nośnego jest również kierowane do porównywacza. Porównywacz odgrywa kluczową rolę w kontrolowaniu działania pomocniczego relé, które z kolei uruchamia przerywacz linii przesyłowej, gdy jest to konieczne.

Zalety Ochrony Prądem Nośnym

Schematy ochrony prądem nośnym oferują wiele istotnych korzyści, które są wymienione poniżej:

• jednoczesne i szybkie działanie przerywaczy: Jedną z kluczowych zalet jest możliwość szybkiego i jednoczesnego wyłączania przerywaczy na obu końcach linii przesyłowej. Ta koordynowana akcja zapewnia, że uszkodzenia są szybko izolowane, minimalizując czas trwania nietypowych warunków w systemie elektrycznym.

• Efektywne usuwanie uszkodzeń: System charakteryzuje się szybkim procesem usuwania uszkodzeń. Szybko przerywając przepływ prądu uszkodzeniowego, skutecznie zapobiega poważnym wpływom na system elektryczny, redukując ryzyko uszkodzenia sprzętu i utrzymując stabilność systemu.

• Zintegrowane sygnalizowanie: Ochrona prądem nośnym eliminuje potrzebę osobnych przewodów sygnalizacyjnych. Zamiast tego, linie przesyłowe są wykorzystywane do przesyłania zarówno energii elektrycznej, jak i sygnałów komunikacyjnych. Uproszcza to ogólne projektowanie systemu, redukuje koszty instalacji i minimalizuje potencjalne zakłócenia sygnałów z zewnętrznych źródeł.

• Bardzo szybkie wyłączanie: Pozwala na wyłączanie przerywaczy na obu końcach linii w ciągu jednego do trzech cykli. Ta ekstremalnie szybka odpowiedź jest kluczowa dla ochrony nowoczesnych, wysokopojemnościowych systemów elektrycznych i zapewnienia niezawodnego dostarczania energii elektrycznej.

• Kompatybilność z nowoczesnym sprzętem: System ochrony prądem nośnym jest bardzo kompatybilny z nowoczesnymi, szybko działającymi przerywaczami. Ta synergia pozwala na jeszcze bardziej efektywne i niezawodne relaying, zwiększając ogólne wydajność i możliwości ochronne sieci elektrycznej.

• Wielofunkcyjne zastosowania: Historycznie, technologia prądu nośnego była szeroko stosowana do różnych celów, w tym nadzoru, komunikacji telefonicznej, telemetrii i relayingu. Ta wielofunkcyjność sprawia, że jest cennym zasobem w systemach elektroenergetycznych, umożliwiając bezproblemową integrację wielu funkcji w ramach jednej infrastruktury.