4 essentiële implementaties van beveiligingsrelais in voedingssystemen
Beveiligingsrelais in voedingssystemen
In dit technische artikel, beschermende relais zijn gecategoriseerd afhankelijk van het onderdeel dat beschermt:
4 essentiële implementaties van beveiligingsrelais in energiesystemen (fotocrediet: severon.com.au)
1. Generatorbeveiliging
Er zijn verschillende beschermingsschema's gebruikt voor het beschermen van generatoren afhankelijk van het type fout waaraan ze zijn blootgesteld. Een van de meest voorkomende fouten is het plotselinge verlies van grote generatoren, wat resulteert in een grote machtsmismatch tussen belasting en opwekking.
Deze machtsmismatch wordt veroorzaakt door het verlies van synchronisme in een bepaalde generator - er wordt gezegd dat de eenheidgaat uit de pas. In dit geval kan een out-of-step-relais worden gebruikt om de generator te beschermen in geval van deze ongebruikelijke bedrijfsomstandigheden, door de eenheid te isoleren van de rest van het systeem.
Fasehoeken en frequentiemetingen zijn dus ook beschikbaar voor gebruik binnen het relais. Figuur 1 toont de verbinding van out-of-step beveiligingsrelais voor generatorbeveiliging.
Figuur 1 - Implementatie van out-of-step-relais om generatoren te beschermen
Ga terug naar de implementaties van beveiligingsrelais ↑
2. Transmissielijnbescherming
Transmissielijnen kunnen worden beveiligd door verschillende soorten relais, maar de meest gebruikelijke manier om transmissielijnen te beschermen is om ze uit te rusten met afstandsrelais. Afstandrelais zijn ontworpen om te reageren op veranderingen in stroom, spanning en de fasehoek tussen de gemeten stroom en de spanning.
Het operatieprincipe is afhankelijk van de evenredigheid tussen de afstand tot de fout en de door het relais waargenomen impedantie. Dit wordt gedaan door de schijnbare impedantie van een relais te vergelijken met de vooraf bepaalde drempelwaarde.
De kenmerken van de afstandsrelais worden gewoonlijk weergegeven op de R-X diagram worden getoond in figuur 2a, terwijl figuur 2b de Mho-relais wat inherent directioneel is.
Afbeelding 2 - kenmerken van het afstandsrelais
Ter illustratie in samenwerking met defiguur, stel dat er een fout is opgetreden, de spanning op het relais zal lager zijn of de stroom zal groter zijn in vergelijking met de waarden voor de stationaire belasting. Aldus activeren afstandsrelais wanneer de schijnbare impedantie van het relais afneemt tot elke waarde in de parametrische cirkel.
Om deze reden kan de impedantie van de lijn na de fout ook worden gebruikt om de locatie van de fout te vinden.
Zoals verschillende engineeringconstructies, een back-up wordt gebruikt voor redundantie. Er zijn minimaal twee zones nodig voor de primaire beveiliging van afstandsrelais om de fouten aan het uiteinde van het beveiligde lijngedeelte bij de naastgelegen bus aan te pakken.
Het belangrijkste verschil tussen de twee overbodigeenheden bevindt zich in de tijdsvertraging. De eenheid die Zone 1 bestrijkt, zou onmiddellijk werken, terwijl de in Zone 2 aangewezen eenheid een extra tijdsvertraging zou hebben tussen foutsignalering en werking. Door de beperkingen en / of werkgrootheden te wijzigen, kunnen ook de relaisbewerkingscirkels worden verschoven zoals getoond in figuur 2b.
In sommige toepassingen een verdere instelling (Zone 3)is inbegrepen, wat groter is dan Zone 2-instelling. Voor een fout die wordt gegenereerd in Zone 1, vindt de werking van Zone 3 plaats na een langere tijdsvertraging dan die is gekoppeld aan Zone 2. Daarom werkt de vertraging als een tijdelijke tolerantie voor de beveiligingsschema's binnen de foutzone.
De vertraagde bewerking wordt geactiveerd als de tolerantie wordt overschreden.
Daarom biedt deze instelling een vorm van back-upbescherming. Figuur 3 geeft de beschermingszones van afstandsrelais weer.
Normaal gesproken wordt Zone 1 ingesteld binnen bereik van 85% tot 95% van de positieve reeks van beschermde lijnimpedantie. Zone 2 is ingesteld op ongeveer 50% in deaangrenzende lijn en 25% in de volgende twee lijnen voor Zone 3 zoals beschreven in. De bedrijfstijd voor Zone 1 is onmiddellijk terwijl Zone 2 en Zone 3 respectievelijk T2 en T3 zijn.
Figuur 3 - Beschermingszones van afstandsrelais
De meeste van de huidige microprocessorgestuurde relais worden geïmplementeerd multifunctionele functies voor beveiliging. Ze worden beschouwd als een compleet beschermingspakket in een enkele eenheid.
In het geval van lijnbeveiliging via regelingen voor afstandsbescherming, op microprocessors gebaseerde beschermende relais bieden ook:
- Overstroombeveiliging,
- Directionele overstroombeveiliging (voor selectiviteit in het geval van meerdere parallelle lijnen),
- Onder / overspanningsbeveiliging,
- Beveiliging tegen breuk van de breker (in het geval de breker niet kan trippen, zelfs niet na ontvangst van het tripcommando), enz.
Figuur 4 toont de aansluiting van een afstandsrelais voor lijnbeveiliging.
Figuur 4 - Implementatie van een afstandsrelais om transmissielijn L1 te beschermen
Ga terug naar de implementaties van beveiligingsrelais ↑
3. Bescherming van transformatoren
Elke transformatoreenheid kan worden beschermd door een differentieel relais. Het beveiligingsprincipe van dit relais is het vergelijken van de stroomingangen aan beide zijden van de transformator met hoge en lage spanning.
Onder normale omstandigheden of externe fouten (ookrekening houdend met de draai-verhouding van de transformator), zou de stroom die de beschermde eenheid binnenkomt ongeveer gelijk zijn aan de stroom die hem verlaat. Met andere woorden, er is geen stroom in het relais onder ideale omstandigheden tenzij er een fout is in de beveiligde eenheid.
Figuur 5 - Implementatie van differentieel relais om transformator te beschermen
Bovendien bevatten op microprocessors gebaseerde beveiligingsrelais andere beveiligingsfuncties zoals thermische overbelasting (die de thermische toestand van de wikkelingen traceert) en over / onder frequentierelais.
Figuur 5 toont de aansluiting van een differentieelrelais voor transformatorbeveiliging.
Ga terug naar de implementaties van beveiligingsrelais ↑
4. Laad bescherming
Elektrische belastingen zijn algemeen gevoelig voor de spanningsvariaties die hoge belastingsschade kan veroorzakenspanningsfluctuaties ontstaan. In dat geval kunnen belastingen worden beveiligd door beveiligingsrelais met over / onder spanning te gebruiken. Figuur 6 toont de aansluiting van het over- / onderspanningsrelais voor lastbeveiliging.
Figuur 6 - Implementatie van een over / onder spanning relais voor lastbeveiliging
Ga terug naar de implementaties van beveiligingsrelais ↑
Samenvatting // Beschermingsschema's
Tabel 1 vat alle beveiligingsschema's samendie zijn ontworpen voor de onderdelen van het primaire stroomsysteem die hierboven zijn besproken. De tabel vermeldt ook de vereiste ingangen voor het relais om elke specifieke beveiligingsfunctie uit te voeren en de uitgangsparameters van het relais om een tripcommando te genereren.
Tabel 1 - Beschermingsschema's voor gemeenschappelijke systeemcomponenten
| bestanddeel | Relais type | ANSI-code | Operatie principe | Invoerparameters | Uitgangsparameters |
| Generator | Out-of-Step relais | 78 | Relais traceert de impedantie door devariaties van de spanning / stroom. De variaties zijn klein tijdens normale omstandigheden, maar het verandert bijna stapsgewijs in het geval van storingen. Dit betekent dat de impedantie abrupt wordt gewijzigd. | Stroom en spanning (V, I) |
Impedantie (Z = V / I) |
| Transformator | Differentieel relais | 87 | Beschermt de transformator tegen interne fouten doorhet nemen van de stroomingangen van zowel de primaire als de secundaire zijde van de transformator. De som van deze stromen (waarbij rekening wordt gehouden met de verhouding van transformatoromwentelingen) is nul onder normale omstandigheden of externe fouten, maar niet gelijk aan nul in het geval van fouten. | Stromingen van primaire en secundaire kant (IKprimair, Iktweede) |
Stroom (IK) |
| Transmissielijn | Afstandsbescherming | 21 | Een fout in een transmissielijn zal resulteren in deafname van lijnimpedantie die wordt vergeleken met een vooraf gedefinieerde drempelwaarde. Het uitschakelsignaal wordt naar de onderbreker gestuurd als de gemeten impedantie kleiner is dan de drempelwaarde. | Stroom en spanning (V, I) |
Impedantie (Z = V / I) |
| Overstroombeveiliging | 50/51 | Een fout in een transmissielijn resulteert in een toename van de stroom die door de lijn gaat en die wordt vergeleken met een vooraf gedefinieerde drempelwaarde. Het uitschakelsignaal wordt naar de onderbreker gestuurd als de gemeten stroom de drempel overschrijdt. |
Stroom (IK) |
Stroom (IK) |
|
| Laden | Onder / Overspanningsbeveiliging | 27-59 | Een fout bij de laadbus zal de terminal variërenSpanning. De gemeten spanning wordt vergeleken met de vooraf gedefinieerde drempelwaarde. Het uitschakelsignaal wordt naar de onderbreker gestuurd als deze lager / groter is in vergelijking met de drempelwaarde. | Spanning (V) |
Spanning (V) |
Ga terug naar de implementaties van beveiligingsrelais ↑
Referentie // Power System Protective Relaying: basisconcepten, industriële apparaten en communicatiemechanismen door Rujiroj Leelaruji en Dr. Luigi Vanfretti