Reläskyddsbasics: Typer av överföringsledningsfel och grundläggande skyddsscheman

1. Typer av fel i elnät

Fas-till-fas-fel:

• Trefasströmstötest

• Tvåfasströmstötest

Jordfel:

• Enfas till jordfel

• Tvåfas till jordfel

• Trefas till jordfel

2. Definition av reläskyddsutrustning
När det uppstår en oregelbundenhet eller fel i en komponent i ett elkraftsystem är reläskyddsutrustningen den som snabbt och selektivt kan isolera den defekta eller oregelbundna komponenten från systemet, vilket säkerställer att de återstående friska enheterna kan fortsätta att fungera normalt.

Exempel inkluderar: överströmskydd, distansskydd, nollsekvensskydd och högfrekvensskydd.

• Huvudskydd: Skydd som uppfyller de grundläggande kraven för systemstabilitet och utrustningssäkerhet vid kortslutningsfel. Det aktiveras först för att öppna strömbrytaren och selektivt rensar fel på skyddad utrustning eller hela linjen.

• Reserveskydd: Skydd som tar bort felet om huvudskyddet eller strömbrytaren inte fungerar.

• Biståndsskydd: Enkelt skydd som läggs till för att kompensera begränsningar i huvud- och reserveskydd.

3. Reläskyddets roll i överföringslinjer
Under drift kan överföringslinjer drabbas av fel på grund av starka vindar, is och snö, blixttråk, extern skada, isoleringsfel eller föroreningsspridning. I sådana fall kan reläskyddsutrustningen agera snabbt och selektivt, genom att öppna linjens strömbrytare (växel).

Om felet är tillfällig, lyckas växeln stänga efter att felet har försvunnit, vilket återställer säker elförsörjning. Om felet är permanent, misslyckas omlänkningen, och den defekta linjen isoleras snabbt, vilket säkerställer oförändrad elförsörjning till de friska linjerna.

4. Överströmskyddsutrustning
Överströmskyddsutrustning är utformad baserat på den betydande ökningen av ström under en linje-fel. När felet ström når skyddsinställningen (pickup-ström), initierar enheten operation. När tidsförseningen nås, öppnar linjens strömbrytare.

Vanliga typer inkluderar:

• Omedelbart överströmskydd: Enkelt, tillförlitligt och snabbt, men skyddar endast en del (typiskt 80–85%) av samma linje.

• Tidsförsenat överströmskydd: Opererar med en kort tidsförsening, skyddar hela linjens längd och koordinerar med det omedelbara skyddet av nästa nedströms linje.

• Överströmskydd: Inställt för att undvika maximal belastningsström. Det skyddar hela linjens längd och hela nästa linjes längd, fungerar som reserveskydd.

• Riktat överströmskydd: Lägger till en effekt riktningselement till överströmskydd. Det fungerar bara när feleffekten flödar från bus till linje, förhindrar felaktig operation vid fel i motsatt riktning.

5. Distansskyddsutrustning
Distansskydd reagerar på impedansen (eller avståndet) mellan felet punkt och skyddsinstallationspunkten. Det har utmärkta riktade egenskaper och används vidt i högspänningsringnät. Tre-stegs distansskydd används vanligtvis:

• Zon I: Omedelbar operation, skyddar 80%–85% av linjens längd.

• Zon II: Skyddar hela linjens längd och sträcker sig in i en del av nästa linje (typiskt Zon I av den angränsande linjen).

• Zon III: Skyddar hela denna linje och nästa linje, fungerar som reserve för Zoner I och II.

6. Nollsekvensströmskyddsutrustning
I direkt jordade neutralsystem (även kända som hög-jordfelströmsystem) producerar ett enfas-till-jordfel en betydande nollsekvensström. Skyddsutrustning som använder denna ström kallas nollsekvensströmskyddsutrustning. En tre-stegskonfiguration används vanligtvis:

• Steg I: Omedelbart nollsekvensströmskydd, täcker 70%–80% av linjens längd.

• Steg II: Tidsförsenat nollsekvensströmskydd, täcker hela linjens längd och en del av nästa linje.

• Steg III: Nollsekvens överströmskydd, täcker hela linjen och fungerar som reserve för nästa linje.

7. Högfrekvensskyddsutrustning
Högfrekvensskydd konverterar fasvinkeln (eller effekt riktning) av strömmar i båda ändar av en linje till högfrekvenssignal, som sänds via en högfrekvenskanal till motsatta änden. Systemet jämför strömfas eller effekt riktning i båda ändar.

Detta skydd reagerar endast på fel inom den skyddade linjesegmentet och behöver ingen samordning med nedströms linjer. Det fungerar utan tidsförsening, vilket möjliggör snabb rensning av alla fel längs den skyddade linjen.

Baserat på funktionsprinciper, klassificeras högfrekvensskydd i:

• Blockerings typ (riktning jämförelse): Jämför effekt riktning i båda ändar.

• Fas jämförelse typ: Jämför strömfas vinklar i båda ändar.

8. Automatiska omlänkningsenheter
En automatisk omlänkenhet är en som automatiskt stänger strömbrytaren efter att den har öppnats.

Funktion:

• För tillfälliga fel, efter att felet har försvunnit, stänger enheten snabbt igen strömbrytaren, vilket återställer normal elförsörjning.

• För permanenta fel, misslyckas omlänkningen, öppnas strömbrytaren igen, och den defekta linjen isoleras, vilket säkerställer fortsatt elförsörjning till de friska linjerna.

9. Linjefelförrädningsenhet
En enhet som automatiskt registrerar ströms- och spänningsvågor innan och under ett linjefel, tillsammans med tidpunkten och strömbrytarstatus.

Genom att analysera de registrerade vågformerna kan felformen exakt fastställas, och den ungefärliga felpositionen beräknas. Detta ger kritiska data för felsökning, felsökning och återställning av normal elförsörjning.