Захист від зниження та підвищення напруги (ANSI 27/59) — чому генератор або двигун потрібно захищати й від власної напруги на виводах

Посібник про захист від зворотної потужності (ANSI 32) та посібник про напрямлений струмовий захист (ANSI 67) описують функції захисту, що реагують на струм у точці вимірювання. Ця стаття присвячена іншій категорії захисту, яка реагує безпосередньо на напругу: захист мінімальної напруги (код ANSI 27) і захист максимальної напруги (код ANSI 59).

Чому захист за напругою виконує іншу функцію, ніж струмовий захист

Струмовий захист захищає від надмірного струму, зазвичай спричиненого пошкодженням або перевантаженням десь у мережі. Захист за напругою захищає від іншого: напруги на виводах, яка, без обов'язкової наявності надструму, виходить за межі діапазону, в якому підключене обладнання може працювати безпечно та надійно. Генератор, що працює паралельно з мережею, великий двигун або шинна система, яка живить кілька чутливих споживачів, може бути пошкоджений або мимовільно відключитися через провал чи сплеск напруги, навіть якщо струм у цей момент залишається в нормальних межах.

Захист мінімальної напруги (27): від чого він захищає

Стійко занижена напруга на виводах може спричинити кілька проблем:

• У двигунів момент при заданому навантаженні зменшується пропорційно квадрату напруги, через що двигун може застопоритися (stall) при значному зниженні напруги і потім споживати різко зрослий струм — див. також посібник про захист двигунів.
• У генератора стійко занижена напруга може вказувати на проблему зі збудженням або на значне навантаження десь у мережі, що знижує напругу.
• Тривале зниження напруги може також вказувати на (майже) втрачене підключення до мережі, при якому напруга просідає раніше, ніж фактично зникає струм.

Реле мінімальної напруги (27) контролює напругу на виводах і відключає (або ініціює перемикання на інше джерело), щойно напруга залишається нижчою за встановлену уставку протягом встановленої витримки часу — зазвичай порядку 80-90% номінальної напруги, з витримкою часу від кількох секунд до приблизно десяти секунд, залежно від застосування.

Захист максимальної напруги (59): від чого він захищає

Стійко завищена напруга на виводах навантажує ізоляцію підключеного обладнання понад його розрахункове значення і, залежно від причини, може вказувати на:

• Неправильно налаштоване або таке, що відмовляє, регулювання напруги генератора або регулювального трансформатора з РПН (OLTC).
• Ефект Ферранті або раптово втрачене навантаження на довгій, слабо навантаженій лінії.
• Стан ферорезонансу, див. посібник про ферорезонанс трансформатора напруги, при якому напруга може підійматися значно вище нормальних значень.

Реле максимальної напруги (59) контролює напругу на виводах згори і відключає, щойно напруга залишається вищою за встановлену уставку протягом встановленого часу — зазвичай порядку 110-130% номінальної напруги. Для захисту максимальної напруги часто застосовується двоступенева уставка: помірне перевищення з витримкою часу в кілька секунд і екстремальне перевищення з набагато коротшим, майже миттєвим відключенням для захисту ізоляції обладнання від швидко зростаючої, потенційно небезпечної напруги.

Чому тут теж потрібна витримка часу

Як і у випадку захисту від зворотної потужності (див. посібник про ANSI 32), реле напруги не застосовується миттєво: короткочасний провал напруги під час пуску великого двигуна або короткочасний сплеск напруги під час комутації десь у мережі не повинні одразу призводити до відключення. Витримка часу налаштовується так, щоб розрізняти таку безпечну, тимчасову подію та дійсно стійке зниження чи підвищення напруги, яке потребує втручання.

Примітка: точні уставки та витримки часу для 27/59 випливають з системного дослідження конкретного генератора, двигуна чи розподільного пристрою та з вимог мережевого оператора (наприклад, при підключенні розподіленої генерації); ця стаття описує принцип, а не готову таблицю уставок для кожного застосування.

Практична значущість

Під час введення в експлуатацію генератора або шинної системи, яка живить критичні споживачі, важливо перевірити, що обидві функції захисту — за мінімальною та максимальною напругою — дійсно налаштовані та функціонально перевірені: відсутність будь-якої з цих функцій залишає підключене обладнання незахищеним саме від тієї частини діапазону напруги, для якої ця функція призначена.

Типові помилки

1. Застосування лише струмового захисту і пропуск захисту за напругою — проблема з напругою без надструму (наприклад, реле регулювання напруги, що відмовляє) у цьому разі залишається непоміченою до фактичного виникнення пошкодження.
2. Встановлення єдиної, надто вузької уставки як для нормальних пускових провалів, так і для справжньої аварії зниження напруги — це призводить до хибного спрацювання, наприклад, під час пуску великого двигуна.
3. Реалізація захисту максимальної напруги без двоступеневої уставки — єдина помірна витримка часу недостатньо захищає ізоляцію від швидко зростаючого, екстремального підвищення напруги.
4. Відсутність перегляду уставок 27/59 після зміни конфігурації мережі або підключення нової розподіленої генерації — нормальний діапазон напруги мережі може при цьому зміститися, через що раніше коректні уставки стануть непридатними.

Пов'язані матеріали

• Захист від зворотної потужності (ANSI 32)
• Напрямлений струмовий захист (ANSI 67)
• Частотний захист (ANSI 81, ROCOF)
• Ферорезонанс трансформатора напруги