Relaasisuojan perusteet: Siirtolinjojen vikatyypit ja perussuojajärjestelmät

1. Voimalajuiden vikat

Vaihe-vaihe-vikat:

• Kolmivaiheinen lyhyyskierre

• Kaksivaiheinen lyhyyskierre

Maavikat:

• Yksivaiheinen maavika

• Kaksivaiheinen maavika

• Kolmivaiheinen maavika

2. Suojalaitteiden määritelmä
Kun voimasysteemin komponentissa tapahtuu poikkeama tai vika, suojalaitteet ovat ne, jotka pystyvät nopeasti ja valikoivasti eristämään viallisen tai poikkeavan komponentin systeemista, varmistamalla jatkuvan normaalin toiminnan muille terveille laitteille.

Esimerkkejä ovat: liian suuren sähkövirran suoja, etäisyyden suoja, nollajärjestelmän suoja ja korkeataajuuden suoja.

• Pääsuojitus: Suojitus, joka täyttää perusvaatimukset systeemin vakaudelle ja laitteen turvallisuudelle lyhyyskierroksen aikana. Se toimii ensimmäisenä suljettaessa katkaisijaa ja valikoivasti poistettaessa vikat suojitetulta laitteelta tai koko viivalta.

• Takasuojitus: Suojitus, joka poistaa vian, jos pääsuojitus tai katkaisija epäonnistuu toimimaan.

• Lisäsuojitus: Yksinkertainen suojitus, jota lisätään korjaamaan rajoituksia pää- ja takasuojituksessa.

3. Suojalaitteiden rooli siirtovirrassa
Toiminnassa siirtovirrat saattavat kohdata vikoja voimakkaiden tuulen, jäätä ja lunta, ukkoskulhojen, ulkopuolisten vahingoitusten, eristyksen epäonnistumisen tai saasteiden välähtämisen vuoksi. Tällaisissa tilanteissa suojalaitteet pystyvät toimimaan nopeasti ja valikoivasti, suljettaen siirtovirran katkaisijan (kytkimen).

Jos vika on väliaikainen, kytkin onnistuu uudelleenkytkentässä vian katoamisen jälkeen, palauttaen turvallisen sähköntarjonnan. Jos vika on pysyvä, uudelleenkytkentä epäonnistuu, ja viallinen viiva eristetään nopeasti, varmistamalla jatkuva sähköntarjonta terveille viivoille.

4. Liian suuren sähkövirran suojauslaitteet
Liian suuren sähkövirran suojauslaitteet on suunniteltu huomattavaan virran kasvuun viivan vian aikana. Kun vian virra saavuttaa suojauksen asetuksen (herätyksen virran), laite aloittaa toimintansa. Aikaviiveasetuksen saavuttua viivan katkaisija suljetaan.

Yleisiä tyyppejä ovat:

• Nollaaikaista liian suuren sähkövirran suojaus: Yksinkertainen, luotettava ja nopea, mutta suojaa vain osasta (yleensä 80–85 %) samasta viivasta.

• Aikaviivetty liian suuren sähkövirran suojaus: Toimii lyhyellä aikaviiveellä, suojaa koko viivan pituuden ja yhteensopii seuraavan alasvirtaan olevan viivan nollaaikaisten suojien kanssa.

• Liian suuren sähkövirran suojaus: Asetetaan välttämään maksimilastavirtaa. Se suojaa koko viivan pituuden ja seuraavan viivan koko pituuden, toimien takasuojituksena.

• Suuntainen liian suuren sähkövirran suojaus: Lisää virtasuuntaelementin liian suuren sähkövirran suojaan. Se toimii vain, kun vian virta kulkee bussilti viivalle, estäen väärätoimintaa käänteissuuntaisissa vioissa.

5. Etäisyysvaimut
Etäisyysvaimut reagoivat vian paikan ja suojalaitteen asennuspisteen väliseen impedanssiin (tai etäisyyteen). Niillä on erinomaiset suuntomääritysohjaimet, ja niitä käytetään laajasti korkeanpaineisissa renkaanmuotoisissa verkostoissa. Yleisesti käytetään kolmevaiheista etäisyysvaimua:

• Vaihe I: Nollaaikainen toiminta, suojaa 80%–85% viivan pituudesta.

• Vaihe II: Suojaa koko viivan pituuden ja ulottuu osaksi seuraavaa viivaa (yleensä naapuriviivan Vaihe I).

• Vaihe III: Suojaa tämän viivan ja seuraavan viivan koko pituuden, toimien Vaihe I:n ja Vaihe II:n takasuojituksena.

6. Nollajärjestelmän virransuojalaitteet
Suoraan maanjätettyihin neutraaliin järjestelmiin (myös tunnettuina korkean maavirran järjestelmänä) yksivaiheinen maavika aiheuttaa merkittävän nollajärjestelmän virran. Suojalaitteita, jotka käyttävät tätä virtaa, kutsutaan nollajärjestelmän virransuojalaitteiksi. Yleisesti käytetään kolmevaiheista konfiguraatiota:

• Vaihe I: Nollaaikainen nollajärjestelmän virransuojaus, kattaa 70%–80% viivan pituudesta.

• Vaihe II: Aikaviivetty nollajärjestelmän virransuojaus, kattaa koko viivan pituuden ja osan seuraavasta viivasta.

• Vaihe III: Nollajärjestelmän liian suuri virransuojaus, kattaa koko viivan ja toimii seuraavan viivan takasuojituksena.

7. Korkeatajuuden suojauslaitteet
Korkeatajuuden suojaus muuntaa viivan molempien päiden virtasijoituksen (tai tehon suunnan) korkeatajuisiksi signaaleiksi, jotka lähetetään vastapäiseen päähän korkeatajuisella kanavalla. Järjestelmä vertailee virtasijoitusta tai tehon suuntaa molemmilla viivan päillä.

Tämä suojaus reagoi vain suojatun viivan osaston sisällä oleviin vioihin eikä vaadi yhteensopivuutta alasvirtaan olevien viivojen kanssa. Se toimii ilman aikaviivettä, mahdollistaen nopean vian poistamisen suojatulla viivalle.

Korkeatajuuden suojaus on luokiteltu toimintaperiaatteiden mukaan:

• Estotyyppinen (suuntavertailu): Vertailee tehon suuntaa molemmilla viivan päillä.

• Sijoitusvertailutyyppinen: Vertailee virtasijoituksia molemmilla viivan päillä.

8. Automaattiset uudelleenkytkentälaitteet
Automaattinen uudelleenkytkentälaitte on sellainen, joka automaattisesti uudelleenkytkentää katkaisijan sen sulkeutumisen jälkeen.

Toiminto:

• Väliaikaisille vioille, vian katoamisen jälkeen laite nopeasti uudelleenkytkentää katkaisijan, palauttaen normaalin sähköntarjonnan.

• Pysyville vioille, uudelleenkytkentä epäonnistuu, katkaisija suljetaan uudelleen, ja viallinen viiva eristetään, varmistamalla jatkuva sähköntarjonta terveille viivoille.

9. Viivavikarekisteri
Laitte, joka automaattisesti tallentaa viivan vian aikana ja ennen sitä syntyviä virta- ja jännitekuvioita, sekä ajoitus- ja katkaisijan toimintatiedot.

Tallennettujen kuviojen analysoimalla voidaan tarkasti määrittää vian tyyppi ja laskea likimääräinen vian sijainti. Tämä tarjoaa olennaisia tietoja vian analysointiin, ongelmanratkaisuun ja normaalin sähköntarjonnan palauttamiseen.