Základy ochrany čidlo: Typy poruch přenosových linek a základní schémata ochrany

1. Typy poruch na elektrických čárách

Mezi fázové poruchy:

• Třífázové krátké spojení

• Dvoufázové krátké spojení

Poruchy na zem:

• Jednofázová porucha na zem

• Dvoufázová porucha na zem

• Třífázová porucha na zem

2. Definice ochranných reléových zařízení
Když dojde k nepravidelnosti nebo poruše v komponentu elektrického systému, jsou to reléová ochranná zařízení, která mohou rychle a selektivně odpojit vadnou nebo nepravidelnou část od systému, což zajišťuje pokračující normální provoz zbývajících zdravých zařízení.

Příklady zahrnují: přetížení ochrany, vzdálenostní ochranu, nulovou sekvenci ochrany a vysokofrekvenční ochranu.

• Hlavní ochrana: Ochrana, která splňuje základní požadavky na stabilitu systému a bezpečnost zařízení během krátkého spojení. Jako první spustí vypínač a selektivně odstraní poruchy na chráněném zařízení nebo celé čáře.

• Záložní ochrana: Ochrana, která odstraní poruchu, pokud hlavní ochrana nebo vypínač selže.

• Pomocná ochrana: Jednoduchá ochrana přidávaná k vyrovnání omezení hlavní a záložní ochrany.

3. Role reléové ochrany v přenosových čárách
Během provozu mohou přenosové čáry prožít poruchy způsobené silnými větry, ledu a sněhu, blesky, vnější škody, selháním izolace nebo znečištěním. V takových případech může reléové ochranné zařízení rychle a selektivně působit, vypínaje vypínač (spínač) přenosové čáry.

Pokud je porucha dočasná, spínač úspěšně znovu zapne po zmizení poruchy, obnoví tím bezpečné dodávání energie. Pokud je porucha trvalá, znovuzapnutí selže a vadná čára je rychle izolována, což zajišťuje ne přerušované dodávání energie zdravým čáram.

4. Přetížení ochranných zařízení
Přetížení ochranných zařízení je navrženo s ohledem na významný nárůst proudu během poruchy na čáře. Když proud poruchy dosáhne nastavení ochrany (pickup current), zařízení spustí. Po dosažení nastavení časové prodlevy vypne vypínač přenosové čáry.

Běžné typy zahrnují:

• Okamžité přetížení ochrany: Jednoduché, spolehlivé a rychlé, ale chrání pouze část (typicky 80–85%) stejné čáry.

• Časově prodlevné přetížení ochrany: Funguje s krátkou časovou prodlevou, chrání celou délku čáry a koordinuje s okamžitou ochranou další čáry směrem dolů.

• Přetížení ochrany: Nastaveno tak, aby se vyhnulo maximálnímu pracovnímu proudu. Chrání celou délku čáry a celou délku další čáry, slouží jako záložní ochrana.

• Směrové přetížení ochrany: Přidává prvek směru síly k přetížení ochrany. Funguje pouze, když proud poruchy teče od sběrnice k čáře, zabírá nesprávné fungování při opačném směru poruchy.

5. Vzdálenostní ochranná zařízení
Vzdálenostní ochrana reaguje na impedanci (nebo vzdálenost) mezi místem poruchy a místem instalace ochrany. Má vynikající směrové charakteristiky a je široce používána v vysokonapěťových kruhových sítích. Běžně se používá třistupňová vzdálenostní ochrana:

• Zóna I: Okamžité spuštění, chrání 80%–85% délky čáry.

• Zóna II: Chrání celou délku čáry a rozšiřuje se do části další čáry (typicky Zóna I sousední čáry).

• Zóna III: Chrání celou délku této čáry a další čáry, slouží jako záloha pro Zóny I a II.

6. Nulová sekvence ochranných zařízení
V systémech s přímým uvedením neutrálu (také známých jako systémy s vysokým proudem zemního vedení) jednofázová porucha na zem produkuje významný nulový sekvencní proud. Ochranná zařízení, která využívají tento proud, se nazývají nulová sekvence ochranných zařízení. Běžně se používá třistupňová konfigurace:

• Stupeň I: Okamžitá nulová sekvence ochrany, pokrývá 70%–80% délky čáry.

• Stupeň II: Časově prodlevná nulová sekvence ochrany, pokrývá celou délku čáry a část další čáry.

• Stupeň III: Nulová sekvence přetížení ochrany, pokrývá celou délku čáry a slouží jako záloha pro další čáru.

7. Vysokofrekvenční ochranná zařízení
Vysokofrekvenční ochrana převádí fázový úhel (nebo směr síly) proudů na obou koncích čáry na vysokofrekvenční signály, které jsou přenášeny vysokofrekvenčním kanálem na opačný konec. Systém porovnává fázi nebo směr síly na obou koncích.

Tato ochrana reaguje pouze na poruchy uvnitř chráněné části čáry a nevyžaduje koordinaci s čárami směrem dolů. Funguje bez časové prodlevy, což umožňuje rychlé odstranění jakékoli poruchy podél chráněné čáry.

Na základě principů fungování se vysokofrekvenční ochrana dělí na:

• Blokující typ (směrové porovnání): Porovnává směr síly na obou koncích.

• Typ porovnání fází: Porovnává fázové úhly proudu na obou koncích.

8. Automatické znovuzapnutí zařízení
Automatické znovuzapnutí zařízení je zařízení, které automaticky znovu zapne vypínač po jeho vypnutí.

Funkce:

• Pro dočasné poruchy, poté, co porucha zmizí, zařízení rychle znovu zapne vypínač, obnoví tím normální dodávání energie.

• Pro trvalé poruchy selže znovuzapnutí, vypínač znovu vypne a vadná čára je izolována, což zajišťuje pokračující dodávání energie zdravým čáram.

9. Záznam poruch na čáře
Zařízení, které automaticky zaznamenává vlnové formy proudu a napětí před a během poruchy na čáře, spolu s časováním a stavem vypínače.

Analýzou zaznamenaných vlnových forem lze přesně určit typ poruchy a aproximativně vypočítat místo poruchy. Poskytuje klíčová data pro analýzu poruch, odstraňování chyb a obnovu normálního dodávání energie.