Bagaimana perlindungan relai saluran listrik

Pengangkutan listrik yang berkelanjutan dan andal ke konsumen adalah salah satu tugas utama yang terus-menerus diselesaikan oleh para insinyur listrik. Untuk menyediakannya, jaringan listrik yang terdiri dari gardu distribusi dan jaringan listrik penghubung dibuat. Untuk memindahkan energi jarak jauh, penyangga digunakan yang kabel penghubungnya ditangguhkan. Mereka diisolasi antara diri mereka sendiri dan tanah oleh lapisan udara sekitar. Saluran seperti itu disebut saluran udara berdasarkan jenis insulasi.

Jika jarak jalan raya transportasi pendek atau untuk alasan keamanan perlu menyembunyikan saluran listrik di tanah, maka kabel digunakan.

Saluran listrik overhead dan kabel selalu di bawah tegangan, yang nilainya ditentukan oleh struktur jaringan listrik.

Tujuan perlindungan relai saluran listrik

Jika terjadi kegagalan insulasi di lokasi mana pun pada kabel atau saluran udara tambahan, tegangan yang diterapkan ke saluran menimbulkan kebocoran atau arus hubung singkat melalui bagian yang rusak.

Alasan pecahnya isolasi dapat berupa berbagai faktor yang dapat menghilangkan atau melanjutkan efek destruktifnya. Misalnya, seekor bangau yang terbang di antara kabel saluran listrik di atas kepala menciptakan sirkuit fase-ke-fase dengan sayapnya dan terbakar, jatuh di dekatnya.

Atau sebatang pohon yang tumbuh sangat dekat dengan penyangga, saat terjadi badai, kabel dirobohkan oleh hembusan angin dan menyebabkan korsleting.

Dalam kasus pertama, korsleting terjadi dalam waktu singkat dan menghilang, dan dalam kasus kedua, pelanggaran isolasi bersifat jangka panjang dan memerlukan pemindahan oleh petugas pemeliharaan.

Kerusakan tersebut dapat menyebabkan kerusakan besar pada pembangkit listrik. Arus korsleting yang dihasilkan memiliki energi panas yang sangat besar, yang tidak hanya dapat membakar kabel saluran listrik, tetapi juga menghancurkan peralatan listrik gardu listrik.

Untuk itu, setiap kerusakan saluran listrik yang terjadi harus segera diperbaiki. Ini dicapai dengan menghilangkan tegangan dari saluran yang rusak di sisi suplai. Jika saluran listrik seperti itu menerima daya dari kedua sisi, maka keduanya harus mati energi.

Fungsi pemantauan konstan parameter kelistrikan dari keadaan semua saluran listrik dan pelepasan tegangan dari semua sisi jika terjadi situasi darurat ditugaskan ke sistem teknis yang kompleks, yang secara tradisional disebut perlindungan relai.

Kata sifat "relai" berasal dari basis dasar berdasarkan relai elektromagnetik, yang desainnya muncul dengan munculnya saluran listrik pertama dan diperbaiki hingga hari ini.

Perangkat pelindung modular, diperkenalkan secara luas dalam praktik insinyur tenaga berdasarkan teknologi mikroprosesor dan teknologi komputer tidak mengecualikan penggantian lengkap perangkat relai dan, menurut tradisi yang sudah mapan, juga dimasukkan ke dalam perangkat proteksi relai.

Prinsip proteksi relai

Otoritas Pemantau Jaringan

Untuk memantau parameter kelistrikan saluran listrik, diperlukan instrumen untuk pengukurannya, yang mampu memantau setiap penyimpangan dari mode normal dalam jaringan secara konstan dan pada saat yang sama memenuhi kondisi untuk operasi yang aman.

Di saluran listrik dengan semua voltase, fungsi ini ditugaskan untuk mengukur transformator, yang diklasifikasikan ke dalam transformator:

• arus (TT);

• tegangan (VT).

Karena kualitas operasi pelindung sangat penting untuk keandalan seluruh sistem kelistrikan, persyaratan yang meningkat untuk keakuratan operasi dikenakan pada CT dan VT pengukur, yang ditentukan oleh karakteristik metrologinya.

Kelas akurasi transformator pengukur untuk digunakan dalam proteksi relai dan perangkat otomasi (proteksi relai dan otomasi) distandarisasi dengan nilai «0,5», «0,2» dan «P».

Transformator tegangan instrumen

Tampilan umum pemasangan trafo tegangan pada saluran udara 110 kV ditunjukkan pada foto di bawah ini.

Di sini terlihat bahwa VT tidak dipasang di mana pun di sepanjang jalur ekstensi, tetapi di gardu induk gardu listrik. Setiap trafo dihubungkan oleh terminal utamanya ke konduktor yang sesuai dari saluran udara dan sirkuit pembumian.

Tegangan yang dikonversi dari belitan sekunder dikeluarkan melalui sakelar 1P dan 2P melalui konduktor kabel daya yang sesuai. Untuk digunakan dalam alat pelindung dan pengukur, belitan sekunder dihubungkan sesuai dengan skema "bintang" dan "delta", seperti yang ditunjukkan pada foto untuk VT-110 kV.

Untuk mengurangi kehilangan tegangan dan pengoperasian perlindungan relai yang tepat, kabel daya khusus digunakan dan peningkatan persyaratan dikenakan pada pemasangan dan pengoperasiannya.

VT pengukur dibuat untuk setiap jenis voltase saluran dan dapat dialihkan menurut skema yang berbeda untuk melakukan tugas tertentu. Tetapi mereka semua bekerja berdasarkan prinsip umum mengubah nilai linier dari tegangan saluran transmisi menjadi nilai sekunder 100 volt, secara akurat menyalin dan menekankan semua karakteristik harmonik primer pada skala tertentu.

Rasio transformasi VT ditentukan oleh rasio tegangan saluran dari sirkuit primer dan sekunder. Misalnya, untuk saluran udara 110 kV yang dianggap, ditulis sebagai berikut: 110000/100.

Transformator arus instrumen

Perangkat ini juga mengubah beban saluran primer menjadi nilai sekunder dengan pengulangan maksimum dari setiap perubahan harmonisa arus primer.

Untuk pengoperasian dan pemeliharaan peralatan listrik yang lebih mudah, mereka juga dipasang pada perangkat distribusi gardu induk.

Transformer saat ini Mereka termasuk dalam rangkaian saluran udara dengan cara yang berbeda dari VT: mereka dengan belitan primernya, yang biasanya diwakili oleh hanya satu belokan dalam bentuk kabel arus searah, hanya dipotong menjadi setiap kabel fase saluran.Hal ini terlihat jelas pada foto di atas.

Rasio transformasi CT ditentukan oleh rasio pemilihan nilai nominal pada tahap desain saluran listrik. Misalnya, jika saluran listrik dirancang untuk mengalirkan 600 amp dan 5 A akan dilepas dari sekunder CT, maka penunjukan 600/5 digunakan.

Dalam listrik, dua standar diterima untuk nilai arus sekunder yang digunakan:

• 5 A untuk semua CT hingga dan termasuk 110 kV;

• 1 A untuk saluran 330 kV dan lebih tinggi.

Gulungan TT sekunder dihubungkan untuk koneksi ke perangkat pelindung sesuai dengan skema yang berbeda:

• bintang penuh;

• bintang tidak lengkap;

• segi tiga.

Setiap senyawa memiliki karakteristik spesifiknya sendiri dan digunakan untuk jenis perlindungan tertentu dengan cara yang berbeda. Contoh menghubungkan transformator arus dan kumparan relai arus ke sirkuit bintang penuh ditunjukkan pada foto.

Ini adalah filter harmonik paling sederhana dan paling umum digunakan di banyak sirkuit relai pelindung. Di dalamnya, arus dari setiap fase dikendalikan oleh relai terpisah dengan nama yang sama, dan jumlah semua vektor melewati koil yang termasuk dalam kabel netral umum.

Metode penggunaan trafo pengukur arus dan tegangan memungkinkan untuk mentransfer proses primer yang terjadi pada peralatan listrik ke sirkuit sekunder pada skala yang akurat untuk penggunaannya dalam perangkat keras proteksi relai dan pembuatan algoritme untuk pengoperasian logika perangkat untuk menghilangkan proses peralatan darurat.

Otoritas untuk memproses informasi yang diterima

Dalam proteksi relai, elemen kerja utama adalah relai — perangkat listrik yang menjalankan dua fungsi utama:

• memantau kualitas parameter yang diamati, misalnya arus, dan dalam mode normal ia mempertahankan secara stabil dan tidak mengubah status sistem kontaknya;

• ketika nilai kritis yang disebut titik setel atau ambang respons tercapai, ia segera mengubah posisi kontaknya dan tetap dalam keadaan ini hingga nilai yang diamati kembali ke kisaran normal.

Prinsip-prinsip pembentukan sirkuit untuk mengalihkan relai arus dan tegangan di sirkuit sekunder membantu untuk memahami representasi harmonik sinusoidal dengan besaran vektor dengan representasi mereka dalam bidang yang kompleks.

Di bagian bawah gambar, diagram vektor ditampilkan untuk kasus tipikal distribusi sinusoid dalam tiga fase A, B, C dalam mode operasi catu daya konsumen.

Pemantauan kondisi rangkaian arus dan tegangan

Sebagian, prinsip pemrosesan sinyal sekunder ditunjukkan di sirkuit untuk menghidupkan belitan CT dan relai sesuai dengan skema bintang penuh dan VT dari ORU-110. Metode ini memungkinkan Anda menambahkan vektor dengan cara berikut.

Dimasukkannya koil relai di salah satu harmonik fase ini memungkinkan Anda untuk sepenuhnya mengontrol proses yang terjadi di dalamnya dan mematikan sirkuit dari operasi jika terjadi kecelakaan. Untuk melakukan ini, cukup menggunakan desain perangkat relai yang sesuai untuk arus atau tegangan.

Skema di atas adalah kasus khusus dari penggunaan serbaguna berbagai filter.

Metode untuk mengontrol daya yang melewati saluran

Perangkat perlindungan relai mengontrol nilai daya berdasarkan pembacaan semua trafo arus dan tegangan yang sama.Dalam hal ini, rumus dan rasio yang terkenal dari daya total, aktif dan reaktif di antara mereka dan nilainya yang dinyatakan oleh vektor arus dan tegangan digunakan.

Diketahui bahwa vektor arus dibentuk oleh ggl yang diterapkan ke resistansi garis dan mengatasi bagian aktif dan reaktifnya secara merata. Tetapi pada saat yang sama, pada bagian dengan komponen Ua dan Up, terjadi penurunan tegangan sesuai dengan hukum yang dijelaskan oleh segitiga tegangan.

Daya dapat ditransfer dari satu ujung saluran ke ujung lainnya dan bahkan dibalik saat mengangkut listrik.

Perubahan arahnya adalah hasil dari:

• mengalihkan beban oleh personel operasi;

• fluktuasi daya dalam sistem karena efek transien dan faktor lainnya;

• munculnya mode darurat.

Relai daya (PM) yang beroperasi sebagai bagian dari proteksi relai dan sistem otomasi memperhitungkan fluktuasi dalam arahnya dan dikonfigurasikan untuk beroperasi saat nilai kritis tercapai.

Metode kontrol resistansi garis

Perangkat proteksi relai yang menghitung jarak ke lokasi hubung singkat berdasarkan pengukuran hambatan listrik disebut jarak atau proteksi DZ singkatnya. Mereka juga menggunakan rangkaian transformator arus dan tegangan dalam pekerjaan mereka.

Untuk mengukur resistansi, gunakan Ekspresi hukum Ohmdijelaskan untuk bagian sirkuit yang dipertimbangkan.

Ketika arus sinusoidal melewati resistansi aktif, kapasitif dan induktif, vektor penurunan tegangan pada mereka menyimpang ke arah yang berbeda. Ini diperhitungkan oleh perilaku relai pelindung.

Menurut prinsip ini, banyak jenis relai resistor (RS) bekerja dalam perlindungan relai dan perangkat otomasi.

Metode kontrol frekuensi saluran

Untuk menjaga stabilitas periode osilasi harmonisa arus yang disalurkan melalui saluran listrik, digunakan relai pengatur frekuensi. Mereka bekerja berdasarkan prinsip membandingkan gelombang sinus referensi yang dihasilkan oleh generator bawaan dengan frekuensi yang diperoleh oleh transformator pengukur linier.

Setelah memproses kedua sinyal ini, relai frekuensi menentukan kualitas harmonik yang diamati dan, ketika nilai yang ditetapkan tercapai, mengubah posisi sistem kontak.

Fitur kontrol parameter garis dengan perlindungan digital

Perkembangan mikroprosesor yang menggantikan teknologi relai juga tidak dapat bekerja tanpa nilai arus dan tegangan sekunder, yang dihilangkan dari transformator pengukur TT dan VT.

Untuk pengoperasian perlindungan digital, informasi tentang gelombang sinus sekunder diproses dengan metode pengambilan sampel, yang terdiri dari melapiskan frekuensi tinggi pada sinyal analog dan memperbaiki amplitudo parameter yang dikontrol di persimpangan grafik.

Karena langkah pengambilan sampel yang kecil, metode pemrosesan cepat dan penggunaan metode perkiraan matematis, akurasi pengukuran arus dan tegangan sekunder yang tinggi diperoleh.

Nilai numerik yang dihitung dengan cara ini digunakan dalam algoritme untuk pengoperasian perangkat mikroprosesor.

Bagian logis dari perlindungan dan otomatisasi relai

Setelah nilai awal arus dan tegangan listrik yang ditransmisikan di sepanjang saluran listrik dimodelkan dengan mengukur transformator yang dipilih untuk diproses oleh filter dan diterima oleh organ sensitif perangkat relai untuk arus, tegangan, daya, resistansi, dan frekuensi, itu adalah pergantian sirkuit relai logika.

Desainnya didasarkan pada relai yang beroperasi dari sumber tambahan tegangan konstan, diperbaiki atau bolak-balik, yang juga disebut operasional, dan sirkuit yang diumpankan olehnya beroperasi. Istilah ini memiliki arti teknis: dengan sangat cepat, tanpa penundaan yang tidak perlu, untuk menjalankan peralihannya.

Kecepatan operasi rangkaian logika sangat menentukan kecepatan pemadaman darurat dan oleh karena itu tingkat konsekuensi destruktifnya.

Dalam cara mereka melakukan tugasnya, relai yang bekerja di sirkuit operasi disebut perantara: mereka menerima sinyal dari alat pelindung pengukur dan mengirimkannya dengan mengalihkan kontaknya ke badan eksekutif: relai keluaran, solenoida, elektromagnet untuk memutuskan atau menutup sakelar daya .

Relai perantara biasanya memiliki beberapa pasang kontak yang berfungsi untuk membuat atau memutuskan suatu rangkaian. Mereka digunakan untuk mereproduksi perintah secara bersamaan antara perangkat perlindungan relai yang berbeda.

Dalam algoritma operasi proteksi relai, penundaan sering diperkenalkan untuk memastikan prinsip selektivitas dan untuk membentuk urutan algoritma tertentu. Ini memblokir operasi perlindungan selama penyiapan.

Input penundaan ini dibuat menggunakan relai waktu khusus (RV) yang memiliki mekanisme jam yang memengaruhi kecepatan kontaknya.

Bagian logika dari proteksi relai menggunakan salah satu dari banyak algoritme yang dirancang untuk berbagai kasus yang dapat terjadi pada saluran listrik dengan konfigurasi dan voltase tertentu.

Sebagai contoh, kami hanya dapat memberikan beberapa nama operasi logika dua proteksi relai berdasarkan kontrol arus saluran listrik:

• gangguan arus (indikasi kecepatan) tanpa penundaan atau dengan penundaan (menjamin selektivitas RF), dengan mempertimbangkan arah daya (karena relai RM) atau tanpa itu;

• perlindungan arus berlebih dapat diberikan dengan kontrol yang sama seperti pemutusan, lengkap dengan atau tanpa pemeriksaan tegangan rendah saluran.

Elemen otomatisasi berbagai perangkat sering dimasukkan ke dalam pengoperasian logika proteksi relai, misalnya:

• penutupan sakelar daya fase tunggal atau tiga fase;

• menyalakan catu daya cadangan;

• percepatan;

• bongkar frekuensi.

Bagian logis dari proteksi jalur dapat dilakukan di kompartemen relai kecil tepat di atas sakelar daya, yang khas untuk sakelar lengkap eksternal (KRUN) dengan tegangan hingga 10 kV, atau menempati beberapa panel berukuran 2x0,8 m di ruang relai .

Misalnya, logika proteksi untuk saluran 330 kV dapat ditempatkan pada panel proteksi terpisah:

• menyimpan;

• DZ—jauh;

• DFZ — fase diferensial;

• VCHB — pemblokiran frekuensi tinggi;

• OAPV;

• percepatan.

Sirkuit keluaran

Sirkuit keluaran berfungsi sebagai elemen terakhir dari perlindungan relai linier Logikanya juga didasarkan pada penggunaan relai perantara.

Sirkuit keluaran membentuk urutan operasi pemutus saluran dan menentukan interaksi dengan koneksi yang berdekatan, perangkat (misalnya, perlindungan kegagalan pemutus - pemutusan darurat pemutus) dan elemen lain dari perlindungan relai dan otomatisasi.

Proteksi jalur sederhana mungkin hanya memiliki satu relai keluaran yang menyebabkan trip pemutus. Dalam sistem kompleks dengan perlindungan bercabang, sirkuit logika khusus dibuat yang bekerja sesuai dengan algoritme tertentu.

Penghapusan terakhir tegangan dari saluran dalam keadaan darurat dilakukan melalui sakelar daya, yang diaktifkan oleh gaya elektromagnet yang tersandung. Rantai daya khusus disediakan untuk pengoperasiannya, yang dapat menahan beban yang kuat. Ki.