Podstawy ochrony przekaźnikowej: Rodzaje awarii linii przesyłowych i podstawowe schematy ochrony

1. Rodzaje awarii na liniach energetycznych

Awarie fazowe:

• Krotkocircuit trójfazowy

• Krotkocircuit dwufazowy

Awarie do ziemi:

• Jednofazowy krotkocircuit do ziemi

• Dwufazowy krotkocircuit do ziemi

• Trójfazowy krotkocircuit do ziemi

2. Definicja urządzeń ochrony relacyjnej
Gdy w komponencie systemu energetycznego wystąpi anomalia lub awaria, urządzenia ochrony relacyjnej to te, które mogą szybko i selektywnie izolować uszkodzony lub anomalny komponent od systemu, zapewniając ciągłą normalną pracę pozostałego zdrowego sprzętu.

Przykłady obejmują: ochronę przeciwprądową, ochronę odległościową, ochronę zerosekwencyjną i ochronę wysokoczęstotliwościową.

• Główna ochrona: Ochrona spełniająca podstawowe wymagania dotyczące stabilności systemu i bezpieczeństwa sprzętu podczas awarii krotkocircuitowej. Działa jako pierwsza, aby wyłączyć wyłącznik obwodowy i selektywnie usunąć awarie na chronionym sprzęcie lub całej linii.

• Ochrona rezerwowa: Ochrona usuwająca awarię, jeśli główna ochrona lub wyłącznik obwodowy nie działa.

• Ochrona pomocnicza: Prosta ochrona dodana, aby zrekompensować ograniczenia głównej i rezerwowej ochrony.

3. Rola ochrony relacyjnej w liniach przesyłowych
Podczas działania linie przesyłowe mogą doświadczyć awarii z powodu silnych wiatrów, lodu i śniegu, uderzeń piorunów, uszkodzeń zewnętrznych, awarii izolacji lub przepięć. W takich przypadkach urządzenie ochrony relacyjnej może działać szybko i selektywnie, wyłączając wyłącznik obwodowy (przełącznik) linii.

Jeśli awaria jest przejściowa, przełącznik pomyślnie ponownie zamknie się po zniknięciu awarii, przywracając bezpieczne zaopatrzenie w energię. Jeśli awaria jest stała, ponowne zamknięcie kończy się niepowodzeniem, a uszkodzona linia jest szybko izolowana, zapewniając nieprzerwane zaopatrzenie w energię dla zdrowych linii.

4. Urządzenia ochrony przeciwprądowej
Urządzenia ochrony przeciwprądowej są zaprojektowane na podstawie znacznego wzrostu prądu podczas awarii linii. Gdy prąd awaryjny osiągnie ustawienie ochrony (prąd startowy), urządzenie inicjuje działanie. Po osiągnięciu ustawienia opóźnienia czasowego, wyłącznik obwodowy linii wyłącza się.

Wspólne typy obejmują:

• Natychmiastowa ochrona przeciwprądowa: Prosta, niezawodna i szybko działająca, ale chroni tylko część (zwykle 80–85%) tej samej linii.

• Ochrona przeciwprądowa z opóźnieniem czasowym: Działa z krótkim opóźnieniem czasowym, chroniąc pełną długość linii i koordynując się z natychmiastową ochroną kolejnej linii w dół strumienia.

• Ochrona przeciwprądowa: Ustawiona, aby unikać maksymalnego prądu obciążenia. Chroni całą długość linii i pełną długość kolejnej linii, działając jako ochrona rezerwowa.

• Kierunkowa ochrona przeciwprądowa: Dodaje element kierunku mocy do ochrony przeciwprądowej. Działa tylko, gdy moc awaryjna płynie od szyny do linii, zapobiegając niepoprawnym działaniom podczas awarii w odwrotnym kierunku.

5. Urządzenia ochrony odległościowej
Ochrona odległościowa reaguje na impedancję (lub odległość) między punktem awarii a punktem montażu ochrony. Ma doskonałe właściwości kierunkowe i jest szeroko stosowana w sieciach pierścieniowych o wysokim napięciu. Powszechnie stosuje się trójstrefową ochronę odległościową:

• Strefa I: Działanie natychmiastowe, chroniące 80%–85% długości linii.

• Strefa II: Chroni całą długość linii i rozszerza się na część kolejnej linii (zwykle Strefa I sąsiedniej linii).

• Strefa III: Chroni pełną długość tej linii i kolejnej linii, działając jako ochrona rezerwowa dla Stref I i II.

6. Urządzenia ochrony zerosekwencyjnej
W systemach o bezpośrednim uziemieniu neutrali (znanych również jako systemy o wysokim prądzie przepięcia do ziemi), jednofazowy krotkocircuit do ziemi powoduje istotny prąd zerosekwencyjny. Urządzenia ochronne korzystające z tego prądu nazywane są urządzeniami ochrony zerosekwencyjnej. Powszechnie stosowana jest trójstrefowa konfiguracja:

• Strefa I: Natychmiastowa ochrona zerosekwencyjna, obejmująca 70%–80% długości linii.

• Strefa II: Z opóźnieniem ochrona zerosekwencyjna, obejmująca pełną długość linii i część kolejnej linii.

• Strefa III: Ochrona przeciwprądowa zerosekwencyjna, obejmująca pełną długość linii i działająca jako ochrona rezerwowa dla kolejnej linii.

7. Urządzenia ochrony wysokoczęstotliwościowej
Ochrona wysokoczęstotliwościowa przekształca kąt fazowy (lub kierunek mocy) prądów na obu końcach linii w sygnały wysokoczęstotliwościowe, które są transmitowane przez kanał wysokoczęstotliwościowy do przeciwległego końca. System porównuje kąt fazowy prądu lub kierunek mocy na obu końcach.

Ta ochrona reaguje tylko na awarie w obrębie chronionej sekcji linii i nie wymaga koordynacji z liniami w dół strumienia. Działa bez opóźnienia czasowego, umożliwiając szybkie usuwanie wszelkich awarii wzdłuż chronionej linii.

W oparciu o zasady działania, ochrona wysokoczęstotliwościowa klasyfikowana jest na:

• Typ blokujący (porównanie kierunku): Porównuje kierunek mocy na obu końcach.

• Typ porównania fazowego: Porównuje kąty fazowe prądów na obu końcach.

8. Urządzenia automatycznego ponownego zamknięcia
Urządzenie automatycznego ponownego zamknięcia to urządzenie, które automatycznie ponownie zamyka wyłącznik obwodowy po jego wyłączeniu.

Funkcja:

• Dla przejściowych awarii, po zniknięciu awarii, urządzenie szybko ponownie zamyka wyłącznik, przywracając normalne zaopatrzenie w energię.

• Dla stałych awarii, ponowne zamknięcie kończy się niepowodzeniem, wyłącznik wyłącza się ponownie, a uszkodzona linia jest izolowana, zapewniając ciągłe zaopatrzenie w energię dla zdrowych linii.

9. Rejestrator awarii linii
Urządzenie, które automatycznie rejestruje formy fali prądu i napięcia przed i podczas awarii linii, wraz z czasem i stanem działania wyłącznika obwodowego.

Analizując zarejestrowane formy fali, można dokładnie określić typ awarii i obliczyć przybliżone miejsce awarii. To dostarcza kluczowych danych do analizy awarii, rozwiązywania problemów i przywracania normalnego zaopatrzenia w energię.