Диференціальний захист шин (busbar protection, ANSI 87B) — чому замикання на самих шинах потребує власної, швидкої зони захисту

Посібник про диференціальний захист трансформатора (87T) та посібник про захист REF (64N/87N) обидва розглядають диференціальний принцип, застосований до обмотки трансформатора: порівняй те, що входить, з тим, що виходить, і незбалансованість вказує на внутрішнє пошкодження. Ця стаття розглядає той самий принцип, але застосований до принципово іншої частини установки: шин (busbar) самого розподільчого пристрою, які захищаються диференціальним захистом шин, на практиці позначуваним кодом ANSI 87B.

Чому замикання на шинах — окрема проблема

Шини зазвичай з'єднують кілька вводів (наприклад, два трансформатори) з кількома відхідними приєднаннями. Замикання, що виникає на самих шинах — наприклад, через несправний шинний ізолятор, забутий інструмент або забруднення, що призводить до перекриття — не усувається автоматично швидко звичайними захистами вводів або відхідних приєднань: вони насамперед налаштовані на швидке усунення замикань у своїй власній зоні (кабель або трансформатор), і замикання на шинах часто виявляють лише через своє повільніше, розташоване далі вгору за схемою резервне налаштування. Оскільки шини зазвичай становлять серце розподільчого пристрою — з дуже високим доступним струмом короткого замикання, що живиться з кількох напрямків одночасно — повільно усунуте замикання на шинах означає значно більший внесок енергії у пошкодження, ніж замикання далі в окремому відхідному приєднанні, з відповідно підвищеним ризиком пошкодження від електричної дуги (див. посібник про електричну дугу) і пошкодження самих шин.

Диференціальний принцип, застосований до зони шин

87B порівнює, як і 87T, суму всіх струмів, що входять і виходять із захищуваної зони — але замість двох (або трьох) обмоток одного трансформатора це тепер усі приєднання до шин: кожен ввід і кожне відхідне приєднання отримує свій власний трансформатор струму (ТС), і векторна сума всіх цих струмів постійно контролюється:

• У справному стані ця сума близька до нуля: весь струм, що входить на шини через вводи, залишає шини знову через відхідні приєднання.
• При замиканні всередині зони шин виникає дисбаланс — струм входить у зону, який не виходить знову через одне з контрольованих приєднань (саме замикання утворює "витік") — і реле спрацьовує.
• При замиканні поза зоною шин, наприклад далі у відхідному кабелі, сума трансформаторів струму шин залишається збалансованою (струм замикання просто залишає шини через відповідне відхідне приєднання і там же враховується), і 87B не спрацьовує — це замикання усувається власним захистом цього відхідного приєднання.

Високоомне та низькоомне виконання: той самий компроміс, що й при REF

Як і при захисті REF, для 87B існують два поширені виконання:

• Високоомне: усі ТС з'єднуються паралельно з реле зі стабілізувальним резистором послідовно, щоб насичення ТС при важкому зовнішньому замиканні не призводило до хибного спрацювання. Це вимагає, як і при REF, достатньо високої напруги коліна насичення кожного задіяного ТС (див. посібник про клас захисту ТС і напругу коліна насичення) відносно налаштування реле.
• Низькоомне: цифрове реле обчислює диференціальний струм цифровим способом з окремих вимірювань ТС, з процентно-зміщеною гальмівною характеристикою, порівнянною з реле 87T. Це спрощує спільне використання ТС з іншими функціями захисту, але висуває вищі вимоги до взаємного узгодження характеристик насичення ТС усіх підключених приєднань.

Чому межі зони 87B мають бути точно правильними

На відміну від однієї обмотки, зазвичай з двома або трьома ТС, 87B підсумовує струми всіх приєднань до шин — іноді десятки ТС одночасно при шинах з багатьма приєднаннями. Якщо приєднання випадково не включене до зони (наприклад, після розширення розподільчого пристрою, яке не було повністю проведено в конфігурації 87B), виникає структурний дисбаланс, який або змушує реле хибно спрацьовувати при нормальному робочому струмі, або — якщо чутливість через це встановлена нижче — пропускає реальне замикання на шинах.

Увага: точна топологія шин (одиночна шина, подвійна шина із секційним вимикачем, кільцева шина) визначає, як саме розмежовуються зони захисту, особливо навколо секційного вимикача між двома секціями шин; ця стаття розглядає принцип, а не готовий поділ на зони для кожної конфігурації шин.

Практична значущість

При розширенні або зміні розподільчого пристрою з диференціальним захистом шин завжди необхідно перевіряти, чи дійсно нове або змінене приєднання включене до конфігурації зони 87B — розширення шин, проведене лише механічно та в частині захисту вводів, але не в проводці ТС 87B, підриває стійкість і селективність цього захисту.

Часті помилки

1. Припущення, що звичайний захист вводів або відхідних приєднань усуває замикання на шинах так само швидко, як замикання у своїй власній зоні — без 87B замикання на шинах часто виявляється лише через повільніше резервне налаштування.
2. Невключення нового або зміненого приєднання до конфігурації зони 87B при розширенні розподільчого пристрою — це викликає структурний дисбаланс або сліпу зону в зоні захисту.
3. Відсутність переоцінки напруги коліна насичення ТС шин після заміни у високоомній схемі 87B — як і при REF, ТС із занадто низькою напругою коліна насичення підриває стійкість при важкому зовнішньому замиканні.
4. Ігнорування секційного вимикача між двома секціями шин при визначенні меж зони — положення цього вимикача визначає, чи слід розглядати обидві секції шин як одну, чи як дві окремі зони 87B.

Пов'язані матеріали

• Диференціальний захист трансформатора (87T)
• Захист restricted earth fault (REF) — 64N/87N
• Клас захисту трансформатора струму (5P/10P) і напруга коліна насичення
• Електрична дуга (arc flash) — ризик, енергія та ЗІЗ