Струмовий захист, залежний від напруги (ANSI 51V) — voltage-restrained і voltage-controlled на генераторі

Гід про реактивні опори генератора Xd″, Xd′ і Xd пояснює, чому струм короткого замикання синхронного генератора зменшується у три етапи при тривалому пошкодженні, і чому звичайний максимальний струмовий захист (ANSI 50/51), налаштований на високий, надперехідний початковий струм, може пропустити більш тривале пошкодження, щойно струм знизиться до значення, близького до нормального робочого струму. Ця стаття розглядає функцію захисту, розроблену спеціально для цієї проблеми: струмовий захист, залежний від напруги, ANSI 51V.

Проблема, яку вирішує 51V

Звичайний максимальний струмовий захист (51) на виводах генератора стоїть перед дилемою: поріг спрацювання повинен бути достатньо високим, щоб не спрацьовувати даремно при нормальній роботі (включно з пуском великих двигунів в інших частинах мережі), але водночас достатньо низьким, щоб виявити пошкодження генератора, коли струм короткого замикання — після загасання надперехідної та перехідної складових — знизиться до значення, близького або навіть нижчого за нормальний робочий струм. Фіксований поріг не може вирішити цю дилему. 51V вирішує її, роблячи поріг спрацювання не фіксованим, а пов'язаним з виміряною напругою на виводах: при пошкодженні генератора напруга на виводах падає одночасно зі струмом пошкодження, що загасає, тому залежний від напруги поріг залишається чутливим саме тоді, коли це потрібно.

Voltage-restrained (51V-R): безперервно масштабований поріг

У виконанні voltage-restrained (51V-R) поріг спрацювання масштабується безперервно і пропорційно виміряній напрузі: при повній номінальній напрузі діє звичайний, високий поріг струмового захисту; у міру зниження напруги під час пошкодження поріг пропорційно знижується, аж до мінімального значення при дуже низькій напрузі. Завдяки цьому реле фактично поводиться як псевдо-дистанційне реле: воно відрізняє близьке пошкодження (низька напруга, швидке спрацювання при відносно низькому струмі) від віддаленого пошкодження або нормального піку навантаження (вища напруга, спрацювання лише при вищому струмі) — без фактичного розрахунку опору.

Voltage-controlled (51V-C): перемикання між двома фіксованими порогами

У виконанні voltage-controlled (51V-C) принцип грубіший: існують два фіксовані пороги спрацювання — високий, звичайний поріг для використання при нормальній напрузі, і нижчий поріг, який активується, щойно виміряна напруга падає нижче встановленої нижньої межі. Замість безперервної функції масштабування реле просто перемикається між двома дискретними рівнями на основі порогу напруги. Це простіше реалізувати та налаштувати, ніж 51V-R, але забезпечує менш точну відповідність фактичному струму пошкодження у конкретний момент.

Чому часто застосовується як резерв для диференційного захисту

51V часто застосовується на малих та середніх синхронних генераторах як резервний захист позаду основного диференційного захисту статора (87G): якщо функція 87G або пов'язані з нею трансформатори струму з якоїсь причини не спрацюють правильно, 51V — завдяки чутливості, залежній від напруги, — все одно виявить внутрішнє або близьке пошкодження, яке фіксований поріг 51 пропустив би. На більших машинах замість (або поряд з) 51V часто застосовується справжній дистанційний захист, який реалізує принцип «чутливіший при близькому пошкодженні» точніше, через фактичний розрахунок Z, а не наближення за напругою.

Увага: 51V захищає генератор переважно від зовнішніх і близьких внутрішніх міжфазних пошкоджень; для пошкодження всередині самої обмотки статора зазвичай потрібна окрема функція (наприклад, 100%-й захист від замикання на землю статора), яка виходить за межі цієї статті.

Практична значущість

При оцінці налаштувань захисту генератора важливо перевірити, чи реалізована струмова функція як залежна від напруги (51V) чи ні (звичайна 51) — звичайне налаштування 51, підібране під надперехідний початковий струм, може виявитися з занадто високим порогом при тривалому внутрішньому пошкодженні, коли струм знизиться, тоді як той самий поріг при виконанні 51V автоматично знижується разом із падаючою напругою.

Часті помилки

1. Застосування звичайного, фіксованого порогу 51 на виводах генератора без урахування струму пошкодження, що загасає, за кривою спаду — тривале пошкодження може таким чином опуститися нижче порогу до того, як захист спрацює.
2. Плутанина між 51V-R та 51V-C при читанні схеми захисту — перше масштабується безперервно разом з напругою, друге перемикається між двома фіксованими рівнями; точні значення налаштувань тому не є безпосередньо взаємозамінними між обома варіантами.
3. Застосування 51V як єдиного захисту від внутрішніх пошкоджень без основного диференційного захисту (87G) — 51V призначений як резерв, а не заміна, і зазвичай реагує повільніше і менш селективно, ніж диференційна функція.
4. Отримання виміру напруги для 51V з неправильної точки (наприклад, від трансформатора напруги, який сам вже нерепрезентативно зачеплений пошкодженням) — точність 51V залежить від надійного, репрезентативного виміру напруги.

Пов'язані матеріали

• Реактивні опори генератора Xd″, Xd′ і Xd
• Диференційний захист генератора (ANSI 87G)
• Захист від зниженої/підвищеної напруги (27/59)
• Розрахунок струму короткого замикання — IEC 60909-0