De Ultieme Gids Tot Elektrische Beveiligingssystemen, Apparaten & Eenheden

Elektrische Beveiligingseenheden En Systemen

Dit is een lang en beschrijvend artikel over verschillende typen beveiliging voor elektrische systemen en netwerken. In dit artikel kunt u de verschillende elektrische beveiligingsmethoden, systemen en apparaten, grading en beveiliging, vrije leidingen beveiliging, energienetsysteem beveiliging, kabels feeder beveiliging, transformator beveiliging, motor beveiliging, generator beveiliging, condensatorbanken beveiliging, busbar beveiliging, spanning en frequentie beveiliging en nog veel meer behandelen. Boekmarkeer deze post voor later lezen.

Inleiding Tot Elektrische Beveiligingssystemen

HV, MV en LV^[1] elektrische installaties en toestellen worden blootgesteld aan interne en externe fouten die ernstige schade kunnen veroorzaken aan personen en andere toestellen.

Om de gevolgen van die fouten te vermijden en te minimaliseren, zijn beveiligingsapparaten geassocieerd met toestellen die in staat zijn om elektrische stroom te onderbreken vereist.

Voor een beter begrip van beveiligingsapparaten, worden bij elke sectie die beveiligingssystemen van toestellen en installaties dekt, de meest voorkomende fouten op die toestellen en installaties besproken.

Het is ook belangrijk te vermelden dat alle eenheden van mechanische en elektrische parameters en hun veelvouden en submicroveelvouden die betrokken zijn bij de beveiligingssystemen in overeenstemming zijn met SI (Internationaal Eenheidensysteem); uitzonderingen worden gemaakt wanneer uren (u) gebruikt kunnen worden in plaats van seconden (s) en de gekozen eenheid voor temperatuur is °C (Celsius) in plaats van K (Kelvin) – [K] = [°C] + 273,15.

Beveiligingsapparaten En Technologie

Beveiligingsapparaten

Om de tijd van een fout te minimaliseren, worden schakelapparaten en toestellen voorzien van beveiligingsapparaten om ze te detecteren en het foutieve deel van de installatie te isoleren.

Het is eerst vereist de vroegtijdige detectie en lokalisatie van fouten, en ten tweede, de snelle uitschakeling uit dienst van foutieve toestellen, om:

• Het gehele systeem te beschermen om de leveringscontinuïteit te waarborgen.
• Schade en reparatiekosten te minimaliseren.
• De veiligheid van personeel te waarborgen.

In het verleden werden zekeringen veel gebruikt als beveiliging tegen overstromen en overbelasting, en zijn nog steeds erg populair in Noord-Amerika en in sommige landen waar ze nog steeds gebruikt worden in NV-installaties en in MV-kabels en transformatoren met een nominal vermogen tot 630-1250 kVA.

Echter, de complexiteit van netwerken en eisen voor betrouwbaardere energieoverdracht en -verdeling vragen om het gebruik van nauwkeurigere beveiligingsapparaten.

Beveiligingsrelais worden tegenwoordig gebruikt, omdat ze betrouwbaarder en nauwkeuriger zijn en de mogelijkheid hebben om andere typen fouten te detecteren dan overbelasting en overstromen die in netwerken en toestellen kunnen optreden, wat in verdere secties zal worden besproken wanneer de beveiliging van toestellen geanalyseerd zal worden.

Ze zijn ingesteld om te werken en tripping te initiëren wanneer een foutconditie wordt gedetecteerd.

Elk energienetsysteem beveiligingsschema bestaat uit de volgende componenten:

• Foutdetecterende of meetrelais
• Tripping- en andere hulprelais
• Schakelaars
• Instrumenttransformatoren – stroom (CT) en spanning (VT)

Eerste modellen van beveiligingsrelais waren elektromechanische relais die nog steeds in gebruik zijn in sommige landen en in oude elektrische bedradingsinstallaties die niet aan renovatiewerken zijn onderworpen.

Ze waren aangetrokken armatuurtypes, waar de instrumenttransformator secundaire uitgang door een spoel wordt geleid, waardoor de armatuur tegen veerspanning wordt aangetrokken. De beweging van de armatuur zorgt ervoor dat het relais trippcontact sluit.

Afbeelding 1 toont een voorbeeld van dit type relais.

Afbeelding 1 – Elektromechanisch beveiligingsrelais

Tegenwoordig zijn elektronische (solid-state) en microprocessor-gebaseerde beveiligingsrelais algemeen gebruikt in elektriciteitsbedrijven.

Elektronische relais hebben slechts één beveiligingsfunctie en verschillende relais moeten voor verschillende functies worden gebruikt.

Microprocessor-gebaseerde relais hebben veel beschikbare functies zoals beveiliging, regeling en monitoring.

Intelligente Elektronische Apparaten (IED)

Microprocessor-gebaseerde relais zijn bekend als Intelligente Elektronische Apparaten (IED), die 5-12 beveiligingsfuncties, 5-8 regelingsfuncties die afzonderlijke apparaten besturen, een herinschakelfunctie, zelfmonitoringsfunctie en communicatiefuncties kunnen bieden, hun belangrijkste kenmerken zijn:

• Veel functies in een enkel relais
• Groepsinstellingen gemakkelijk wijzigbaar voor wijzigingen in feederconfiguratie
• Programmeerbare uitgangsrelais
• Communicatiepoorten voor verbinding met SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition (Systemen, Modems en Personal Computers)
• Gebeurtenisvolgorde opgeslagen voor veel recente fouten
• Oscillografie of golfformaatopname – opslag van voor- en na-fout stroom- en spanningsgolfformaatgegevens voor analyse van fouten
• Metingen
• Interlocking
• Hulp bij schakelaaronderhoud. Foutonderbrekingsplicht, per fase, kan worden geregistreerd
• Foutlocator – Toont afstand tot fout

In Afbeelding 2 is een voorbeeld van een IED te zien.

Afbeelding 2 – IED

Functies en complexiteit van IED moeten worden gedefinieerd volgens het te beschermen toestel, de netwerkkenmerken en complementaire acties die vereist zijn.

Actuele IED's zijn ontworpen om te voldoen aan de eisen van IEC^[2] Standaard 61850, welke communicatieprotocol wordt gebruikt. Deze standaard is specifiek ontwikkeld voor substatiautomatisering en biedt interoperabiliteit en geavanceerde communicatiemogelijkheden.

De groei in het aantal beveiligings-, regelings- en monitoringspunten resulteert in een significante toename van het volume van substatagegevens.

Deze gegevens zijn meestal primitief en in digitale vorm opgeslagen. Het moet worden verwerkt en geanalyseerd voordat een gebruiker in staat is het voordeel ervan te benutten.

In conventionele beveiligingssystemen worden gegevens en bedieningssignalen van het relais via een RTU (Remote Terminal Unit) naar het SCADA systeem gestuurd.

Uitgebreide en dure kabels kunnen vereist zijn tussen de verschillende vakken in de substatie en de bedieningskamer.

In moderne beveiligingssystemen die een IED relais gebruiken, is de interconnecterende bedrading tussen transduceren en meters niet meer vereist.

De gegevens en bedieningssignalen van het IED relais worden direct naar het SCADA systeem gestuurd via het hoge-snelheid toegewijde communicatienetwerk. Het volume van gegevens neemt drastisch toe wanneer een IED wordt gebruikt als het bedieningselement en de gegevensbron.

Om de benodigde connectiviteit tussen de verschillende componenten van het systeem te bieden, wordt een datanetwerk LONWORKS Local Operating Network (LON) gebruikt.

IEC Standaard 61850 definieert de vereiste protocollen voor communicatie, die over TCP/IP netwerken of substatie LAN met hoge snelheid geschakelde Ethernet kunnen draaien om de benodigde reactietijden onder vier milliseconden voor beschermingsrelais te verkrijgen.

Beveiligingsrelais En Codes

In MV en HV substaties, toestellen, schakelapparaten en elektriciteitscentrales zijn de meer gebruikelijke beveiligingsrelais hieronder aangegeven, en tussen haakjes is hun code getoond in overeenstemming met IEEE/ANSI^[3]/IEC Standaarden:

• Lagerbeveiliging (38)
• Schakelaarmisfunctiebeveiliging (50 BF)
• Busbar differentiële beveiliging (87B)
• Richtinggevende aardoverstroom (67N/67G)
• Richtinggevende fase-overstroom (67)
• Directe aardoverstroom (50N/50G)
• Directe fase-overstroom (50)
• Verval van veld/opwekking beveiliging (40)
• Verlies van fase (48)
• Over-opwekking beveiliging (24)
• Overfrequentie en onderfrequentie (81)
• Vrije leiding differentiële beveiliging (87L)
• Vrije leiding afstandsbeveiliging (21)
• Overbelasting beveiliging (49)
• Oversnelheidsbeveiliging (12)
• Overspanning (59)
• Beperkte aardfout (64G/64REF)
• Omgekeerd vermogen beveiliging (32)
• Vertraagde aardoverstroom (51N/51G)
• Vertraagde fase-overstroom (51)
• Transformator differentiële beveiliging (87P)
• Ondervolting (27)
• Zwak eind invoer (21WI)
• Verkeerde fasereeks beveiliging (47)

Voornamelijk in HV vrije lijnen, HV energietransformatoren en MV energietransformatoren met een nominaal vermogen boven 3-4 MVA, om de systeembetrouwbaarheid en veiligheid te verhogen, is het een gangbare praktijk om twee sets beveiligingen te gebruiken – één "hoofdbeveiliging" en één "reservebeveiliging".

Beveiliging Met Zekeringen

Een zekering is een type lage weerstand weerstand die fungeert als "offergevaar apparaat" om overstroombescherming te bieden die nog steeds in sommige NV en MV installaties wordt gebruikt.

Zijn essentiële component is een metaaldraad of -strip die smelt wanneer te veel stroom vloeit, wat het circuit onderbreekt, zodat verdere schade door oververhitting of brand wordt voorkomen.

De metaalstrip of -draad heeft een kleine dwarsdoorsnede vergeleken met de circuitgeleiders en is omhuld door een niet-brandbare behuizing (kast).

Het zekeringselement is gemaakt van zink, koper, zilver, aluminium of legeringen om stabiele en voorspelbare kenmerken te bieden.

Behuizing kan zijn van keramiek, glas, kunststof, glasvezel, gemolde mica-laminaten of geperste vezel afhankelijk van fabrikant, toepassing en spanningsklasse.

Zekeringen worden gemonteerd op zekeringhouders, specifiek ontworpen voor elk type of familie van zekeringen en gewaardeerde spanningen zoals HRC-zekering.

Voorbeelden van zekeringen en houders worden getoond in Afbeeldingen 3 en 4.

Afbeelding 3 – NV NH type zekering en houder

Afbeelding 4 – MV zekeringen en houder

Hoofdelektrische kenmerken van zekeringen zijn:

• Gewaardeerde spanning
• Gewaardeerde stroom (I_n): maximale stroom die de zekering continu kan geleiden zonder het circuit te onderbreken.
• Onderbrekingscapaciteit (I₁): maximale toekomstige stroom die de zekering kan onderbreken. Het is de maximale zekeringstestwaarde. Deze stroom is erg hoog, doorgaans tussen 20 kA en 63 kA.
• Minimale onderbrekende stroom (I_f): minimale stroom die de zekering kan laten smelten en onderbreken.
• Conventionele niet-smeltende stroom (I_nf): Waarde van stroom gespecificeerd als die welke de zekering-link in staat is te dragen voor een gespecificeerde tijd (conventionele tijd) zonder te smelten, uitgedrukt als een veelvoud van I_n (bijv. I_nf = 1,25xI_n).
• Nominale smelting (I²t): maatstaf voor de energie die vereist is om het smeltelement te smelten (gebaseerd op Wet van Joule) en is een waarde die constant is voor elk verschillend smeltelement.
• Tijd-stroom kurve: toont de actuatietijd van de zekering (snelheid) als functie van de stroom (wordt meestal aangegeven door fabrikanten, volgens de standaarden).

Afbeelding 5 toont een voorbeeld van een tijd-stroom kurve.

Afbeelding 5 – Zekeringen tijd-stroom kurve

Omgevingstemperatuur zal de operationele parameters van een zekering veranderen en een temperatuurafwijking is nodig.

Als voorbeeld kan een zekering gewaardeerd voor 1 A bij 25 °C tot 10% of 20% meer stroom geleiden bij -40 °C en kan open gaan bij 80% van zijn gewaardeerde waarde bij 100 °C.

Operationele waarden zullen variëren met elke zekeringsfamilie en worden geleverd in fabrikantgegevensbladen.

De belangrijkste selectiefactoren voor een zekering zijn:

• Normale werkstroom
• Gewaardeerde spanning (AC of DC)
• Omgevingstemperatuur
• Overbelastingstroom en lengte van tijd waarin de zekering open moet gaan
• Maximaal beschikbare foutstroom
• Pulsen, piekstromen, instroomstromen, opstartstromen, en circuittransienten
• Fysieke groottebeperkingen, zoals lengte, diameter of hoogte
• Zekeringseigenschappen (montagetype/vormfactor, gemakkelijkheid van verwijdering, axiale aansluitingen, visuele indicatie, enz.)
• Zekeringhouderseigenschappen, indien van toepassing en bijbehorende herwaardering
• Toepassing
• Nationale bedradingsvoorschriften en standaarden

Franse Standaard NF EN 60269 classificeert zekeringen volgens tijd-kurven, functies en toepassingen. Deze classificatie, wijd gebruikt in veel landen, is:

• gL/gG
• Functies
• Bescherming van kabels en elektrische toestellen. Discriminatie gewaarborgd tussen twee zekeringen waar een marge van twee stroomwaarden is (bijv. 160 A en 100 A)
• Toepassingen
• Bescherming op alle niveaus van elektrische energiedistributie in industrieën en woningen tegen overbelasting en kortsluitingen. Hoofdkast, voederkasten, hoofdcubicles.
• aM
• Functies
• Directe bescherming van motoren, moet werken in combinatie met een extern beveiligingsapparaat (thermisch relais). Gemakkelijke discriminatie met de gG zekeringen die stroomopwaarts geplaatst zijn. Discriminatie gewaarborgd tussen twee zekeringen waar een marge van twee stroomwaarden is (bijv. 160 A en 100 A)
• Toepassingen
• Bescherming van lage-spanningsmotoren.
• gR
• Functies
• Ultra snelle beschermingszekering voor halfgeleiders, zeer stroombegrenzend, lage I²t
• Toepassingen
• Vermogen halfgeleider bescherming van zachte starters, statische relais, ononderbroken stroomvoorzieningen (UPS), variabele snelheidsaandrijvingen, frequentie

Wanneer een installatie door zekeringen beveiligd is, schakelaar-ontkoppelaars stroomopwaarts van zekeringen moeten gebruikt worden voor veiligheidsredenen, om te verzekeren de isolatie van de installatie voordat een zekering wordt vervangen of een onderhoudswerk wordt uitgevoerd.

Met een beveiliging alleen met zekeringen wordt gebruikt, alleen fase-overstromen zullen gedetecteerd worden, en het is nodig om beveiligingsrelais voor andere fouten voor te zien. Voor lekkagestroom of aardfoutstroom wordt dan GFCI (Ground Fault Circuit Interrupter) gebruikt.

In deze situatie schakelaars moeten uitgerust zijn met een openingspoel, die ook geactiveerd zal worden door de interne beveiliging van de toestellen.

Een andere voorzorgsmaatregel is dat zekeringen voorzien moeten worden van een mechanisch apparaat (striker pin) dat ervoor zal zorgen dat de schakelaar open gaat, als alleen één zekering zal werken, om de totale ontkoppeling van de installatie in fout te verzekeren.

Zekeringen moeten ook voorzien worden van een gekleurde schijf die uitvalt wanneer het element is gesmolten of een elementvenster, ingebouwd in de zekeringslichaam om visuele indicatie van een gesmolten element te bieden.

Grading En Beveilingscoördinatie

Inleiding Tot Grading En Beveiliging

Bij het definiëren van instelpunten van beveiligingsrelais of nominale stroom van zekeringen en NV schakelaars (zoals ACB (Luchtschakelaar)) moet gewaarborgd worden dat de gekozen waarden geschikt zijn voor de beveiliging van het toestel en dat de schakelaar die tript of de zekering die smelt alleen de is die geassocieerd is met het foutieve circuit en niet andere beveiligingsapparaten, wat ernstige storingen in het netwerk en in kwaliteit en continuïteit van dienst zou kunnen veroorzaken.

Om dit doel te bereiken is een grading- en beveiligingscoördinatiestudie vereist.

Basisprincipes

Beveiligingsrelais coördinatiestudies worden uitgevoerd om beveiligingsrelais instellingen te bepalen.

Foutniveaus moeten bepaald worden voor alle mogelijke systeembedrijfscondities, dit wordt gebruikt om de beveiligingsrelais capaciteit te bepalen om systeemfouten te detecteren en te wissen.

De beveiligingsschema's worden ingesteld zoals om het kleinste mogelijke deel van het elektrische systeem te isoleren, zodat de storingsdoor de fout veroorzaakt wordt geminimaliseerd.

De beveiligingsrelais wisstijden worden bepaald om te voldoen aan primaire installatie korte-tijd waardering, systeemstabiliteitseisen en wettelijke autoriteitseisen. We zorgen ervoor dat de juiste beveiligingsrelais werkingsmarges worden bepaald, zowel in stroom als in tijd, om effectief misgrading te elimineren.

Bij het instellen van afstandsrelais op dubbele circuit hoge-spanningsvoeders wordt de nul-reeks wederzijdse koppeling tussen de circuits in overweging genomen om de mogelijkheid van over- of onderbereik te minimaliseren.

Relais werkingskenmerken en hun instelling moeten zorgvuldig gecoördineerd worden om selectiviteit te bereiken.

Het doel is eigenlijk alleen het foutieve component uit te schakelen en de rest van het energienetsysteem in dienst te laten om voedingonderbrekingen te minimaliseren en stabiliteit te verzekeren.

Selectiviteit, of discriminatie, tussen beveiligingsapparaten kan worden gedefinieerd als "de coördinatie van de beveiligingsapparaten, zodat een fout die op elk punt in het netwerk optreedt, wordt geelimineerd door het stroomopwaartse beveiligingsapparaat, het beveiligingsapparaat dat onmiddellijk stroomopwaarts van de fout ligt en door dat beveiligingsapparaat alleen".

Laten we een voorbeeld van deze definitie bekijken naar het eenzijdige diagram van Afbeelding 6, waar er beveiligingssystemen SP1 tot SP6 zijn:

Afbeelding 6 – Elektrische installatie eenzijdig diagram

Selectiviteit betekent dat als een fout optreedt op punt A, het enige beveiligingssysteem dat moet activeren is SP5 en dat de andere beveiligingssystemen niet mogen activeren.

Twee principes worden gebruikt om selectiviteit te vestigen:

• Stroomdiscriminatie.
• Tijddiscriminatie.

Grading En Beveiligingscoördinatie In NV, MV En HV Netwerken

Om grading- en beveiligingscoördinatiestudies te vestigen, moet rekening gehouden worden met de configuratie en de complexiteit van het netwerk.

NV distributie- en gebruikersnetwerken hebben meestal een radiale configuratie.

MV distributienetwerken hebben meestal een combinatie van zowel radiale als dubbele-eind voeding met NO-punt configuraties en een belangrijke complexiteit.

Gebruikers MV netwerken hebben meestal een radiale configuratie, hoewel in grote installaties een dubbele-eind voeding met NO-punt configuratie wordt gebruikt.

Vanwege de complexiteit van de netwerken grading- en beveiligingscoördinatiestudies voor HV transmissienetwerken en MV distributienetwerken, zijn gespecialiseerde ingenieurs vereist en het gebruik van specifieke softwaretools voor netwerkanalyse zoals ETAP, PSS/E, EPSO en PTW.

Grading- en beveiligingscoördinatiestudies van MV gebruikersnetwerken zijn meestal eenvoudiger en kunnen de basisinstructies volgen die later in deze sectie zullen worden besproken.

Een bijzondere aandacht moet worden besteed aan de grens van het elektriciteitsdistributiebedrijfsnetwerk (invoer) en gebruikersnetwerk en beveiligingscoördinatieprotocol moet tussen beide entiteiten worden vastgelegd.

Voor NV netwerken, gebruikmakend van schakelaars en/of zekeringen, de selectiviteit van "schakelaar/schakelaar", "zekering/zekering" en "schakelaar/zekering" kan worden gedaan door "tijd-stroom kurven" te vergelijken voor een bepaalde waarde van de foutstroom, gebruikmakend van de principes van "stroomdiscriminatie" en "tijddiscriminatie", hierboven verwezen.

Stroomdiscriminatie wordt gebruikt voor beveiliging tegen overbelasting en de beveiliging is selectief als de verhouding tussen de insteldrempels hoger is dan 1,6.

Tijddiscriminatie wordt gebruikt voor de beveiliging tegen kortsluitingen, gebruikmakend van een stroomopwaartse schakelaar of zekering met een tijdsvertraging en dus tripping van het stroomafwaartse apparaat is sneller; de beveiliging is selectief als de verhouding tussen de kortsluitingsbeveiligingsdrempels niet minder is dan 1,5.

Kabels Feeder Beveiliging

U kunt het bijgewerkte bericht in detail lezen onder de titel Kabels Feeder Beveiliging – Fouttypen, Oorzaken & Differentiele Beveiliging.

Transformator Fouten & Beveiliging

Omdat dit een heel belangrijk en beschrijvend onderwerp is dat in detail besproken moet worden, hebben we het bericht hier bijgewerkt en samengevoegd onder Energie Transformator Beveiliging & Fouten.

Vrije Lijnen Fouten & Beveiliging

Voor betere gebruikersnavigatie hebben we dit bericht verplaatst en bijgewerkt hier onder de naam "Vrije Lijnen Fouten & Beveiliging".

Motor Beveiliging

We hebben het blogbericht verplaatst naar een nieuwe link voor betere navigatie en begrip. U kunt het hier zien @ motor beveiliging, veelvoorkomende typen motorfouten en apparaten gebruikt voor HV en NV Motor beveiliging in dat bericht.

Generator Beveiliging

We hebben al de generator beveiliging, veelvoorkomende typen generatorfouten en apparaten gebruikt voor generator beveiliging in het vorige bericht besproken.

Diverse Beveiliging

Spannings En Frequentie Beveiliging

Belastingsschommelingen en schakelen en elektriciteitscentrale fouten kunnen variaties in spanning en frequentie van het netwerk veroorzaken die de geaccepteerde grenzen van toestellen en netwerkbedrijf kunnen overschrijden.

Deze situatie kan leiden tot schade aan toestellen en gedeeltelijke of totale black-out in het netwerk.

Om deze situatie te vermijden of te minimaliseren, moeten onder- en overspanning (codes 27 en 59, respectievelijk) en frequentie (codes 81U en 81O, respectievelijk) beveiligingen worden gebruikt.

Busbar Beveiliging

In HV substaties is het gebruikelijk om een busbar beveiligingsrelais te installeren, waar de meest gebruikte de differentiele beveiliging is (87B).

Deze relais is verbonden met alle CT van de substatie om de som van inkomende en uitgaande stromen te evalueren, zoals getoond in afbeelding 25.

Afbeelding 25 – Busbar differentiële beveiliging diagram

Het werkingsprincipe van deze beveiliging is gebaseerd op Kirchhoff wetten – stroomwet.

De busbeveiliging CT moet aan de voederzijde van de schakelaars geplaatst zijn. Als de busbeveiliging CT aan de buszijde van de schakelaar geplaatst zijn, bestaat er een beveiligingsblinde vlek.

Door Hoge Impedantie relais in differentiële beveiliging te gebruiken, kan het systeem ontworpen worden om toleranter te zijn voor een verzadigde CT.

Een niet-lineaire weerstand is over de relaisklemmen aangesloten om de spanning over het differentieel relais te beperken tot een veilige waarde tijdens foutcondities.

Hoge impedantie relais worden uitgebreid gebruikt in moderne differentiële beveiliging voor hoge-spanningsbusbars.

Het voordeel van het gebruik van Hoge impedantie relais in bus differentiële beveiligingen is dat ze kunnen worden ontworpen om stabiel te blijven (niet te activeren) voor externe fouten, wanneer een van de CT verzadigd is.

Voor een externe fout is het ergste geval met één CT volledig verzadigd en de andere CT niet verzadigd. De resulterende differentiële stroom zal de maximale spanning veroorzaken over het differentieel relais. Een relaisinstelling (in volt) wordt gekozen, met voldoende marge, om te verzekeren dat de differentiele beveiliging niet activeert voor deze externe foutconditie.

De weerstand van de CT secundaire windingen en kabels moet bekend zijn, en wordt gebruikt in de relaisinstellingberekeningen.

Voor interne fouten dwingt de hoge impedantie van het differentieel relais het merendeel van de resulterende differentiële stroom door de CT excitatie-impedanties. De resulterende spanning ontwikkeld over het relais is essentieel de open-circuitspanning van de CT, en zal goed boven de spanninginstelling van het relais liggen. Een niet-lineaire weerstand of varistor is over de relaisklemmen aangesloten om de spanning te beperken tot een veilige waarde tijdens foutcondities.

Wanneer een busfout wordt gedetecteerd, worden alle schakelaars op die bus getript. Busfouten zijn bijna altijd permanent, in plaats van tijdelijke fouten.

Er moet dus geen automatische herinschakeling van schakelaars na een busfout zijn. Busbeveiligingen zullen vaak de automatische herinschakeling annuleren op elke schakelaar die door een andere beveiliging geïnitieerd kan zijn.

Veel substaties gebruiken busbar arrangementen zoals dubbele busbar, zoals getoond in Afbeelding 26, waar voeders kunnen worden geschakeld van de ene bus naar de andere door middel van isolatieschakelaars.

Afbeelding 26 – Dubbele busbar arrangement

Dit compliceert de busbeveiliging enigszins, omdat de CT secundaire circuits moeten worden geschakeld, door middel van de isolatiehulp schakelaars, om te corresponderen met de juiste bus.

Het is gebruikelijk om één beschermingszone voor elke sectie van de bus te hebben. Deze worden bekend als discriminerende zones.

Er is ook een andere zone van differentiële beveiliging voor de gehele substatie, wat bekend is als de controlezone.

Voor tripping van een bus om plaats te vinden met deze arrangement is het noodzakelijk dat zowel een discriminerende zone relais en de controlezone relais activeren.

Schakelaarmisfunctie Beveiliging

In HV substaties is het gebruikelijk om schakelaarmisfunctie beveiliging (50BF) te gebruiken, als een schakelaar niet getript wordt door een tripping opdracht, zoals gedetecteerd door de niet-uitdoving van de foutstroom, stuurt deze reservebeveiliging een tripping commando naar de stroomopwaartse of aangrenzende schakelaars.

De schakelaarmisfunctie beveiligingsfunctie wordt geactiveerd door een 0/1 binair signaal ontvangen van de overstroom beveiligingsfuncties (50/51, 50N/51N, 46, 67N, 67). Het controleert op het verdwijnen van stroom tijdens het tijdinterval gespecificeerd door de tijdsvertraging T.

Er kan ook rekening gehouden worden met de positie van de schakelaar, gelezen op de logische ingangen om de werkelijke opening van de schakelaar te bepalen. Bedrading van een spanningsvrij gesloten schakelaarpositiecontact op de schakelaar gesloten vergelijking editor invoer kan verzekeren dat de beveiliging effectief is in de volgende situaties:

• Wanneer 50BF geactiveerd wordt door beveiligingsfunctie 50N/51N (instelpunt I_s0 < 0,2 I_n), detectie van de 50BF stroom instelpunt kan mogelijk niet operationeel zijn.
• Wanneer tripping circuit supervisie (TCS) wordt gebruikt, is het gesloten schakelaarcontact kortgesloten.

Automatische activering van deze beveiligingsfunctie vereist het gebruik van de programma logica schakelaar bedieningsfunctie. Een specifieke invoer kan ook gebruikt worden om de beveiliging te activeren vanuit de vergelijking editor. Die optie is nuttig voor het toevoegen van speciale gevallen van activering (bijv. tripping door een externe beveiligingseenheid).

De tijdsvertraging uitgang van de beveiligingseenheid moet toegewezen worden aan een logische uitgang via de bedieningsmatrix.

De start en stop van de tijdsvertraging T teller zijn geconditioneerd door de aanwezigheid van een stroom boven het instelpunt (I > I_s).

Zwak Eind Invoer

Zwak eind invoer beveiliging is een complement aan de afstandsbeveiliging dat gebruikt wordt als de waarde van de foutstroom in de vrije lijn lager is dan het instelpunt van de regeling van de afstandsbeveiliging.

Condensatorbanken Beveiliging

Wat het vermogensfactor betreft, elke fase van een condensatorbank wordt gevormd door groepen condensatoren in serie associatie voor vermogensfactorverbetering. De 3 fasen worden dan in ster verbonden, zijnde het neutraalpunt , volgens de bedrijfsvoering van het netwerk, zoals getoond in Afbeelding 27.

Afbeelding 27 – Diagram van een condensatorbank

Veelvoorkomende condensatorbank fouten zijn:

• Condensatoren kortsluiting of fout in de verbindingskabels.
• Kortsluiting tussen de eenheden en de metallen structuur van rekken of schakelborden (fase-aard fout).
• Overbelasting veroorzaakt door netwerkharmonischen.
• Dielectric breakdown door netwerkoverspanningen of bliksem.

Wanneer een groep condensatoren faalt en de neutraal geaard is, zal de bank ongebalanceerd zijn en een stroom zal circuleren in de neutraal.

Elke condensator of groep condensatoren wordt meestal door zekeringen beveiligd, die al door de fabrikant zijn geïnstalleerd.

Zekeringen moeten een I²t kenmerk hebben dat niet zal veroorzaken dat de zekering smelt met de instroomstroom die resulteert uit de aansluiting van de condensatorbank.

Veelvoorkomende beveiligingsapparaten van condensatorbanken zijn:

• Directe fase-overstroom (50)
• Directe aardoverstroom (50N/50G)
• Vertraagde fase-overstroom (51)
• Vertraagde aardoverstroom (51N/51G)
• Overspanningsbeveiliging (49)

^[1] HV: Hoge Spanning (V ≥ 60 kV); MV: Middelspanning (1 kV < V < 60 kV); LV: Lage Spanning (V ≤ 1 kV).

^[2] IEC: Internationale Elektrotechnische Commissie.

^[3] IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers. ANSI: American National Standards Institute.

^[4] Residuele capacitieve stroom in het geval van fase-aard fout (I_C) wordt berekend door de vergelijking I_C = 3X_cU, waar X_c de capacitieve reactantie van de kabel is en U de fase-fase spanning van het netwerk.

^[5] In dit artikel worden Gas Geïsoleerde Transformatoren (GIT) niet geanalyseerd.

^[6] rms: root mean square.

^[7] Prime mover is het component dat gebruikt wordt om de generator aan te drijven en kan verbrandingsmotoren zijn (het geval van dieselgenerator sets), gasturbines, stoomturbines, windturbines en waterkraftturbines.

^[8] Het veld in een AC generator bestaat uit spoelen van geleiders binnen de generator die een spanning van een bron ontvangen (genoemd opwekking) en een magnetische flux produceren.

De magnetische flux in het veld snijdt de anker om een spanning te produceren. Deze spanning is uiteindelijk de uitgangsspanning van de generator.

Over De Auteur: Manuel Bolotinha

-Licentiaat in Elektrotechniek – Energie en Energiesystemen (1974 – Instituto Superior Técnico/Universiteit van Lissabon)
– Master in Elektrotechniek en Computer Engineering (2017 – Faculdade de Ciências e Tecnologia/Nova Universiteit van Lissabon)
– Senior Consultant in Substaties en Energiesystemen; Professionele Instructeur