Kuidas praegused trafod võimaldavad kaugkaitset elektrisüsteemides

Sissejuhatus

Kaugkaitse on tänapäeva keskpinge elektrisüsteemides üks kõige kriitilisemaid vea tuvastamise mehhanisme - ja selle keskmes ei saa see toimida ilma täpse ja usaldusväärse voolutrafo (CT) sisendita. Kui ülekandeliinis tekib viga, siis on kaitserelee arvutab impedantsi pinge- ja voolusignaalide alusel¹. Kui need signaalid on ebakvaliteetse vooluahela tõttu moonutatud või hilinenud, siis relee kas lülitub asjatult välja või - mis veelgi hullem - ei lülitu üldse välja.

Vastus on selge: voolutrafod ei ole passiivsed lisaseadmed kaugkaitsesüsteemis; need on esmane sensori selgroog, mis määrab, kas teie kaitsesüsteem reageerib õigesti.

Elektriinseneride ja keskpingealajaamaprojekte haldavate EPC-töövõtjate jaoks ei ole õige vooluahela valimine hankeküsimus - see on süsteemi töökindlusega seotud otsus. Selles artiklis selgitatakse täpselt, kuidas voolujuhtimisseadmed võimaldavad kaugkaitset, millised tehnilised parameetrid on kõige olulisemad ja kuidas vältida liiga sageli esinevaid rikkumisi.

Sisukord

• Mis on voolutrafo ja miks see on oluline kaugkaitse puhul?
• Kuidas võimaldab CT impedantsi arvutamist kaugkaitse skeemides?
• Kuidas valida õige kompuutertomograaf kaugkaitse rakenduste jaoks?
• Millised on kõige levinumad CT paigaldus- ja hooldusvigad?

Mis on voolutrafo ja miks see on oluline kaugkaitse puhul?

Voolutrafo (CT) on täppismõõdutrafo, mis on mõeldud suurte primaarvoolude alandamiseks standardiseeritud sekundaarväljunditasemetele - tavaliselt 1A või 5A - kasutamiseks kaitsereleede, mõõtesüsteemide ja seireseadmete poolt. Kaugkaitsesüsteemis edastab voolutrafo pidevalt reaalajas andmeid voolu suuruse ja faasinurga kohta releele, mis kõrvaldab need pingetrafo sisendiga, et arvutada liini impedantsi.

Ilma täpse CT-signaalita on relee impedantsi arvutamine põhimõtteliselt ohustatud.

Kaitseklassi CTde peamised tehnilised parameetrid on järgmised:

• Täpsuse klass: Kaitsekontrollerid on määratud 5P või 10P (IEC 61869-2), mis näitab 5% või 10% komposiitviga nimitäpsuse piirfaktori juures.²
• Täpsuse piirtegur (ALF): Tavaliselt 10, 20 või 30 - määrab, mitu korda nimivoolu suudab CT enne küllastumist täpselt reprodutseerida.
• Hinnatud koormus: Väljendatakse VA-s (nt 15VA, 30VA) - peab vastama relee sisendimpedantsile.
• Isolatsiooni tase: Mõeldud 12kV, 24kV või 36kV süsteemidele standardsetes keskpinge rakendustes.
• Dielektriline tugevus: ≥28kV (1-minutiline võimsuse sagedus 12kV klassi puhul)
• Sõiduulatus: Minimaalselt 25 mm/kV standardse saastekeskkonna puhul (IEC 60815)³
• Termiline hinnang: E või B klassi isolatsioon, pidev soojusvool ≥1,2 × nimivool ≥1,2 × nimivool
• Lisa: Minimaalne kaitseaste IP65 siseruumides; IP67 rasketes või välitingimustes kasutatavatele lülitusseadmetele

The põhimaterjal - tavaliselt terasele orienteeritud räniteras või nanokristalliline sulam - määrab otseselt⁴ küllastumine käitumine rikkeolukorras, mis on kõige kriitilisem tegur kaugkaitse toimivuse seisukohast.

Kuidas võimaldab CT impedantsi arvutamist kaugkaitse skeemides?

Kauguskaitsereleed töötavad petlikult lihtsal põhimõttel: $Z = V / I$. . relee jagab pidevalt pinge signaali (VT-st) voolusignaaliga (CT-st), et arvutada näivtakistus.⁵. Rikke korral langeb impedants järsult. Kui see langeb eelseadistatud tsoonipiiridesse, annab relee päästekäsu.

See tähendab, et voolutugevuse mõõtmise täpsus rikkeolukorras - kui vool võib tõusta kuni 10-20-kordse nimiväärtuseni - ei ole vaieldamatu. CT, mis küllastub 8× nimivooluga süsteemis, mille ALF nõue on 20, tekitab moonutatud sekundaarse lainekuju, mille tõttu relee arvutab impedantsi valesti ja võib-olla ei suuda rikkeid kõrvaldada tsooni 1 aja jooksul (tavaliselt <100 ms).

CT jõudluse võrdlus kaugkaitse puhul

Parameeter	Standardne mõõtmise CT	Kaitse CT (5P20)	Suure jõudlusega kompuutertomograafia (5P30)
Täpsuse klass	0.2 / 0.5	5P	5P
Täpsuse piirtegur	5	20	30
Küllastunud käitumine	Varajane küllastumine	Mõõdukas	Laiendatud lineaarne vahemik
Taotlus	Energia mõõtmine	Standardne MV kaitse	Kõrge veatasemega süsteemid
Põhimaterjal	Räniteras	Teras, mis on orienteeritud teras	Nanokristalliline sulam
Tüüpiline koormus	5-15VA	15-30VA	15-30VA

Mõõteklassi CT-d on mitte kunagi vastuvõetavad asendajad kaugkaitse rakendustes - viga, mida me korduvalt näeme kulupõhiste hankeotsuste puhul.

Kliendi juhtum - töökindluse rike 35kV alajaamas:
Kagu-Aasias asuv elektriettevõtja võttis meiega ühendust pärast seda, kui tal esinesid korduvad häirivad väljalülitused 35kV fiidril. Nende paigaldatud voolujuhtimisseadmed olid 0,5-klassi mõõtetüübid, mis olid hangitud odavalt tarnijalt. Rikkeolukorras küllastusid need vooluahelad ligikaudu 6× nimivooluga, tekitades moonutatud lainekuju, mis põhjustas selle, et kaugusreleleiti luges impedantsi valesti ja lülitas tsooni 2 välja tsooni 1 asemel - see lisas 400 ms viivitust rikke kõrvaldamisele. Pärast asendamist Bepto 5P20 kaitseklassi CT-dega, millel on nanokristallilised südamikud, vähenesid 1. tsooni käivitamisajad 85 ms-ni ja häiriv vallandumine kõrvaldati täielikult.

Kuidas valida õige kompuutertomograaf kaugkaitse rakenduste jaoks?

CT valimine kaugkaitse jaoks nõuab struktureeritud tehnilist lähenemist. Siin on samm-sammuline protsess, mida me soovitame igale EPC-töövõtjale ja hankeinsenerile.

1. samm: Elektriliste nõuete määratlemine

• Süsteemi pinge: Sobitamine CT isolatsiooniklassiga süsteemi pingele (12kV / 24kV / 36kV)
• Esmane voolutugevus: Valige primaarvoolu nimivool ≥ maksimaalne koormusvool
• Rikkevoolu tase: Määrake maksimaalne võimalik rikkevool, et määrata ALF nõue.
• Teisene väljund: Kinnitage relee sisend - 1A või 5A sekundaarne

2. samm: Kaitsesüsteemi nõuete kindlaksmääramine

• Kaugkaitse nõuab täpsusklass vähemalt 5P või 10P
• ALF peab ületama maksimaalse rikkevoolu ja nimivoolu suhet
• Põlvepunkti pinge (Vk) peab vastama releetootja minimaalsele spetsifikatsioonile.

3. samm: Keskkonnatingimuste arvestamine

• Siseruumide lülitusseadmed: Epoksüvaigust valatud CT, IP65, klass E termiline hinnang
• Väljas / karm keskkond: Silikoonkummist korpus, IP67, soola- ja udukogukindel (IEC 60068-2-52)
• Kõrge õhuniiskuse piirkonnad: Suurendatud hiilimiskaugus ≥31mm/kV (saastetase III)
• Kõrge keskkonnatemperatuur: Vähendage vastavalt pidevat soojusvoolu

4. samm: Sobitamine standardite ja sertifikaatide vahel

• IEC 61869-2: Esmane standard kaitse CTde jaoks
• IEC 60044-1: Pärandstandard, millele paljudes projektikirjeldustes ikka veel viidatakse.
• Tüübikatsetuse aruanded: Nõuavad tunnistajate või kolmandate isikute tüübikatsetuste sertifikaate.

Rakendusstsenaariumid

• Tööstusettevõtted: 5P20 CT mootorikaitses ja toitekaitsekilpides
• Elektrivõrk/ülekanne: 5P30 nanokristallilise südamikuga kõrge veatasemega liinide jaoks
• Alajaam (AIS/GIS): Epoksiidist valatud CT integreeritud lülitusseadme puksidesse
• Taastuvenergia (päikeseenergia/tuulik): Laiendatud soojuskoormusega CT muutuva koormusprofiili jaoks
• Merendus / avamerepüük: IP67, korrosioonikindel korpus koos täiustatud roomikutega

Millised on kõige levinumad CT paigaldus- ja hooldusvigad?

Isegi korrektselt määratud vooluahela võib enneaegselt välja kukkuda või vähendada kaitsevõimet, kui paigaldus- ja hooldusprotseduure ei järgita rangelt.

Paigaldamise kontrollnimekiri

1. Kontrollida nimesildi nimiväärtusi enne paigaldamist sobivad projekteerimistingimused
2. Kontrollida polaarsuse märgistust (P1/P2, S1/S2) - ümberpööratud polaarsus põhjustab relee suunamisvigu
3. Kinnitage koormus - sekundaarahela kogukoormus ei tohi ületada nimiväärtust VA
4. Mitte kunagi ei tohi CT sekundaarset voolu katkestada pingestatud tingimustes - tulemuseks on ohtlik ülepinge
5. Pöördeklemmide ühendused vastavalt tootja spetsifikatsioonile, et vältida kontakttakistuse tekkimist
6. Tehke isolatsioonitakistuse test (≥100MΩ 1000VDC juures enne pingestamist)

Levinud vead, mis kahjustavad kaugkaitseid

• Kasutades kaitseks mõõteklassi CT-d: Rikkevooluga küllastumine põhjustab relee väärkäitumist
• Alamõõduline sekundaarkaabel: Suurendab koormust, vähendab tegelikku ALF-i, vähendab täpsust.
• CT-põlvepunkti pinge ignoreerimine: Relee ei pruugi saada piisavat signaali kõrge impedantsiga rikete korral
• Käivituskatsete vahelejätmine: Sekundaarse sissepritse katsetega tuleb enne tööd kontrollida õiget voolujuhtimissuhet ja polaarsust.
• Perioodilise hoolduse unarusse jätmine: Epoksiidist valatud kompuutrite isolatsiooni lagunemine on järkjärguline - iga-aastane IR-kontroll on hädavajalik.

Kliendi juhtum - paigaldusviga, mis viis kaitse rikke tekkimiseni:
Üks Lähis-Ida EPC-töövõtja teatas 33kV rõngaspingeüksuse kasutuselevõtu ajal kaitsefunktsiooni rikkumisest. Uurimine näitas, et vooluahela sekundaarpolarisatsioon oli paigaldamise ajal ümberpööratud, mille tõttu suunav kaugusrelel vaatas vales suunas. Rike oli kaitstaval fiidril, kuid relee nägi seda kui vastupidist riket ja blokeeris käivitumise. Bepto tehniline tugimeeskond andis kohapeal juhiseid kasutuselevõtuks ja probleem lahendati nelja tunni jooksul - see näitab, miks müügijärgne tehniline tugi ei ole kaitsekriitiliste projektide puhul vabatahtlik.

Kokkuvõte

Voolutrafod on keskpinge elektrisüsteemides iga distantskaitsesüsteemi vaikne alus. Vale täpsusklassi valimine, rikkevoolutasemete alahindamine või paigaldamisel kokkuhoidmine võib muuta hästi projekteeritud kaitsesüsteemi kohustuseks. Peamine järeldus: määrake kaitseklassi CT-d õige ALF-iga, sobitage koormus hoolikalt ja ärge kunagi tehke kompromisse tüübikatsetuse sertifitseerimise osas. Bepto Electricu voolujuhtimissari on spetsiaalselt projekteeritud keskpinge kaitse rakenduste jaoks, mida toetavad IEC 61869-2 tüübikatsetused ja enam kui 12-aastane kogemus ülemaailmsetes elektrijaotuse projektides.

Korduma kippuvad küsimused voolutrafode kohta distantskaitses

1. “Kaitserelee”, https://en.wikipedia.org/wiki/Protective_relay#Distance_relay. Selgitab kaugkaitse tööpõhimõtteid, kasutades pingeid ja voolu. Tõendite roll: mehhanism; Allikatüüp: Vikipeedia. Toetab: kaitserelee arvutab impedantsi pinge- ja voolusignaalide alusel. ↩

2. “IEC 61869-2:2012”, https://webstore.iec.ch/publication/6014. Määratleb kaitsevoolutrafode täpsusklassid ja piirtegurid. Tõendav roll: standard; Allikatüüp: standard. Toetab: Kaitsekontrollerid on hinnatud 5P või 10P (IEC 61869-2), näidates 5% või 10% liitviga nimitäpsuse piirfaktori juures. ↩

3. “IEC TS 60815-1:2008”, https://webstore.iec.ch/publication/3697. Määratleb kõrgepinge isolaatorite valiku ja dimensioneerimise saastunud keskkondade jaoks. Tõendusmaterjali roll: standard; Allikatüüp: standard. Toetab: Minimaalselt 25 mm/kV standardse reostuskeskkonna jaoks (IEC 60815). ↩

4. “Elektriline teras”, https://en.wikipedia.org/wiki/Electrical_steel. Üksikasjalikud andmed terasele orienteeritud elektrotehnilise terase südamike magnetiliste omaduste kohta. Tõendite roll: mehhanism; Allikatüüp: Vikipeedia. Toetused: südamiku materjal - tavaliselt terasorientatsiooniga räniteras või nanokristalliline sulam - määrab otseselt küllastuskäitumise. ↩

5. “Elektriline impedants”, https://en.wikipedia.org/wiki/Electrical_impedance. Selgitab näiva impedantsi füüsikalist arvutamist pinge- ja vooluparameetrite põhjal. Tõendite roll: mehhanism; Allikatüüp: Vikipeedia. Toetab: relee jagab pidevalt pinge signaali (VT-st) voolusignaaliga (CT-st), et arvutada näivtakistus. ↩