Panduan Perlindungan dan Geganti: Memilih, Menetap dan Menguji Geganti

Kejuruteraan perlindungan dan geganti adalah mengenai mengesan keadaan elektrik yang tidak normal dengan cepat, mengasingkan bahagian yang terjejas sahaja dan memastikan seluruh sistem kekal bertenaga. Skim geganti yang direka dengan baik biasanya menyasarkan selektiviti, kelajuan, kepekaan dan kebolehpercayaan —dan paling kerap gagal disebabkan oleh pilihan pengubah instrumen yang lemah, penyelarasan tetapan yang salah, atau jurang ujian.

Apa yang Sebenarnya Dilindungi oleh Geganti Perlindungan

Geganti perlindungan ialah pembuat keputusan: ia mengukur arus/voltan (dan kadangkala frekuensi, kuasa, impedans, harmonik), menggunakan logik dan mengeluarkan perjalanan ke pemutus litar apabila keadaan menunjukkan risiko kerosakan atau bahaya keselamatan. Dalam perlindungan praktikal dan reka bentuk geganti, anda melindungi:

Peralatan: pengubah, motor, penjana, kabel, bar bas dan penyuap.
Kestabilan sistem: menghalang perjalanan melata semasa kerosakan.
Orang dan kemudahan: mengehadkan tempoh denyar arka dan potensi sentuhan yang tidak selamat.

Model mental yang berguna ialah "zon perlindungan." Setiap aset harus mempunyai sempadan yang jelas dan skim geganti utama, dengan perlindungan sandaran di hulu. Matlamatnya ialah perjalanan geganti utama terlebih dahulu; perjalanan sandaran hanya jika perlindungan utama atau pemutus gagal.

Fungsi Geganti Teras Anda Akan Selalu Gunakan

Geganti berangka moden melaksanakan banyak fungsi dalam satu peranti. Berikut ialah blok binaan biasa dalam aplikasi perlindungan dan geganti, bersama-sama dengan kemahiran mereka:

Fungsi geganti perlindungan biasa dan kes penggunaan praktikal
Fungsi	Penggunaan Biasa	Tetapan Kunci untuk Menjadi Betul
Arus lebih (semerta / masa)	Pengumpan, transformer (sandaran), penyuap motor	Margin penyelarasan lengkung pengambilan dan masa
Sesar tanah / sesar tanah	Kabel, papan suis, sistem berasaskan rintangan	Kaedah pengukuran baki (3CT vs CBCT) dan pikap
Berbeza	Transformer, busbar, penjana	Cerun/bias dan logik kekangan masuk
Jarak / impedans	Talian penghantaran, beberapa subtransmisi	Zon capai dan muatkan sekatan pencerobohan
Voltan bawah/lebih, kekerapan	Penumpahan beban, pengasingan pulau, perlindungan penjana	Kelewatan masa untuk mengelakkan perjalanan gangguan semasa sementara
Kegagalan pemutus (sandaran tempatan)	Pencawang dan alat suis kritikal	Penyelarasan pemasa dengan masa pembersihan pemutus

Jika anda memerlukan titik permulaan untuk banyak sistem perindustrian dan komersil, pakej kerosakan tanah arus lebih fasa gabungan dengan keluk masa yang diselaraskan dengan baik selalunya merupakan garis dasar yang paling kos efektif—kemudian tambahkan pembezaan, pengurangan denyar arka atau skim bantuan komunikasi yang risiko dan kritikal membenarkannya.

Mereka bentuk Skim Perlindungan: Zon, Selektif dan Sandaran

Falsafah perlindungan dan geganti praktikal harus menjawab tiga soalan untuk setiap jenis kerosakan: "Siapa yang pergi dahulu?", "Berapa cepat?", dan "Siapa yang menyokongnya jika itu gagal?" Hierarki klasik ialah:

Perlindungan utama: meliputi zon terkecil dan bergerak paling cepat.
Sandaran tempatan: logik kegagalan pemutus membuat pemutus huluan jika pemutus tempatan tidak jelas.
Sandaran jauh: relay huluan tertunda masa lebihan/jarak yang menghapuskan kesalahan jika skim tempatan gagal.

Margin penyelarasan yang perlu anda rancang

Untuk penyelarasan arus lebih gred masa, jurutera biasanya menyasarkan selang masa koordinasi yang meliputi toleransi masa operasi geganti, masa pembersihan pemutus dan kesan sementara CT/geganti. Dalam banyak tetapan medan, julat permulaan praktikal ialah 0.2–0.4 saat antara peranti hiliran dan huluan pada aras arus kerosakan yang sama (laraskan berdasarkan kelajuan pemutus dan jenis geganti).

Semakan "sempadan zon" pantas

Sebelum memuktamadkan tetapan, sahkan setiap sempadan zon bermakna secara fizikal: Lokasi CT, kedudukan pemutus dan pemutusan sambungan mesti diselaraskan. Banyak salah operasi berlaku apabila lukisan menunjukkan satu sempadan tetapi pendawaian CT atau barisan pemutus melaksanakan yang lain.

Transformer Instrumen dan Pendawaian: Titik Kegagalan Tersembunyi

Prestasi perlindungan dan geganti dikekang oleh rantai pengukuran. Jika geganti tidak pernah "melihat" kerosakan dengan betul, tiada kehalusan tetapan tidak akan menyelamatkan anda.

Transformer semasa (CT): ketepatan vs ketepuan

Tepu CT boleh melambatkan atau memesongkan arus semasa kerosakan tinggi, terutamanya untuk elemen pembezaan dan kelajuan tinggi. Mitigasi praktikal termasuk:

Gunakan kelas CT yang sesuai untuk tugas perlindungan dan jangkaan arus kerosakan (termasuk offset DC).
Pastikan beban sekunder rendah: larian pendek, saiz konduktor yang betul, penamatan pepejal.
Mengesahkan kekutuban dan nisbah pada setiap CT; CT terbalik tunggal boleh mengalahkan perlindungan pembezaan.

Transformer voltan (VTs/PTs): gabungan dan logik kehilangan potensi

Kegagalan fius VT boleh meniru kerosakan undervoltage atau jarak. Gunakan penyeliaan kehilangan potensi jika ada, dan pastikan amalan gabungan menengah VT sepadan dengan jangkaan skim anda. Jika geganti anda menggunakan polarisasi voltan, sahkan bagaimana ia berkelakuan di bawah kehilangan VT supaya anda tidak mewujudkan titik buta atau keadaan perjalanan kacau ganggu.

Peraturan praktikal: jika anda melihat operasi yang tidak dapat dijelaskan, semak pendawaian CT/VT, beban, kekutuban dan pembumian sebelum anda menukar tetapan. Dalam banyak penyiasatan, punca utama adalah pendawaian atau tingkah laku pengubah instrumen , bukan elemen perlindungan itu sendiri.

Aliran Kerja Tetapan Geganti Praktikal Dengan Contoh Berfungsi

Di bawah ialah aliran kerja praktikal yang boleh anda gunakan untuk perlindungan arus lebih pengumpan. Ia bukan pengganti untuk kajian penyelarasan penuh, tetapi ia menghalang kesilapan yang paling biasa.

Aliran kerja langkah demi langkah

Kumpul data sistem: satu talian, galangan pengubah, saiz konduktor, jenis pemutus, nisbah CT dan kaedah pembumian.
Kira beban dan jangkaan masuk: permintaan maksimum, permulaan motor, penjanaan pengubah.
Kira tahap kerosakan pada bas utama (minimum dan maksimum): sertakan variasi sumber dan sumbangan motor jika berkenaan.
Pilih elemen perlindungan: fasa OC, kerosakan tanah, serta-merta, arah jika diperlukan.
Selaraskan lengkung masa dari hiliran ke hulu dengan jidar yang disengajakan (jangan "bola mata" menutup persimpangan).
Sahkan terhadap matlamat perlindungan: tiada trip pada beban biasa, trip on fault dalam masa yang diperlukan, operasi sandaran yang betul.
Dokumentasikan setiap andaian dan tetapkan rasional supaya perubahan masa depan kekal koheren.

Contoh yang berfungsi (nombor biasa)

Pertimbangkan penyuap 480 V dengan arus beban penuh 300 A dan nisbah CT 600:5. Pendekatan permulaan yang biasa ialah:

Masa fasa pengambilan arus lebih dekat 1.25× beban maksimum dijangka (untuk mengelakkan perjalanan kacau ganggu), kemudian laraskan untuk permulaan motor dan kepelbagaian.
Elemen segera ditetapkan di atas kesalahan melalui hiliran maksimum (untuk mengekalkan selektiviti), atau dilumpuhkan di mana selektiviti adalah kritikal.
Pengambilan kerosakan tanah dipilih untuk mengesan kerosakan tanah peringkat rendah sambil menghormati sistem pembumian; untuk sistem berasaskan rintangan, ini mungkin jauh lebih rendah daripada pikap fasa.

Dalam kebanyakan kemudahan, meningkatkan prestasi denyar arka kurang bergantung pada menurunkan pikap dan lebih kepada menggunakan logik yang lebih pantas semasa penyelenggaraan (contohnya, input mod penyelenggaraan) sambil mengekalkan koordinasi normal. Hasil yang boleh dipertahankan ialah: cepat apabila orang terdedah, selektif apabila kilang berjalan .

Geganti Perlindungan Moden: Logik, Komunikasi dan IEC 61850

Sistem perlindungan dan geganti semakin menggunakan skim bantuan komunikasi untuk meningkatkan kelajuan dan selektiviti. Corak biasa termasuk tersandung permisif, skim menyekat dan perjalanan pemindahan. IEC 61850 mendayakan model data piawai dan pemesejan berkelajuan tinggi (contohnya, GOOSE) yang boleh menggantikan interlock berwayar keras dalam banyak reka bentuk.

Di mana komunikasi paling membantu

Perlindungan talian: pembersihan lebih pantas dengan skim permisif berbanding dengan penggredan masa tulen.
Penyelarasan kegagalan bas dan pemutus: logik deterministik dan pelaporan peristiwa yang lebih baik.
Keterlihatan operasi: osilografi dan log peristiwa mengurangkan masa penyelesaian masalah selepas perjalanan.

Kawalan siber dan konfigurasi (bukan pilihan)

Oleh kerana geganti moden ialah titik akhir boleh atur cara, kawalan konfigurasi adalah sebahagian daripada kebolehpercayaan. Anggap fail tetapan dan pemetaan komunikasi sebagai artifak terkawal: mengekalkan sejarah versi, menyekat akses dan mengesahkan perubahan melalui proses ujian. Amalan operasi yang kukuh adalah memerlukan semakan rakan sebaya untuk sebarang perubahan yang boleh mengubah logik tersandung.

Pengujian dan Pentauliahan: Kelihatan "Baik" di Lapangan

Skim perlindungan dan geganti hanya sebaik pentauliahannya. Geganti berangka menyediakan diagnostik yang kaya, tetapi anda masih perlu membuktikan laluan perjalanan hujung ke hujung: penderiaan → logik → kenalan output → gegelung perjalanan pemutus → pembersihan pemutus.

Senarai semak pentauliahan (praktikal)

Kekutuban CT, nisbah dan pengesahan berfasa; pembumian sekunder diperiksa dan didokumenkan.
Kekutuban VT dan pemetaan fasa ke fasa / fasa ke neutral yang betul; logik kehilangan potensi disahkan.
Pengesahan litar perjalanan: kesinambungan gegelung perjalanan, bekalan DC, penggera penyeliaan, dan pemetaan hubungan keluaran yang betul.
Ujian suntikan sekunder: pikap, lengkung masa dan tingkah laku arah yang disahkan terhadap tetapan.
Ujian hujung ke hujung untuk perjalanan bantuan komunikasi yang digunakan (termasuk tingkah laku selamat gagal pada kehilangan komunikasi).
Tangkapan rekod acara disahkan: rekod gangguan, penyegerakan masa dan penamaan stesen yang betul.

Kriteria penerimaan praktikal ialah masa perjalanan yang diukur (pembersihan pemutus keluaran kendalian geganti) adalah konsisten dengan andaian reka bentuk. Untuk kebanyakan aplikasi, operasi perlindungan "segera" dijangka mengikut urutan beberapa kitaran frekuensi kuasa untuk keputusan geganti serta pembersihan pemutus, tetapi sasaran yang tepat mesti sepadan dengan pelan pemutus dan penyelarasan.

Menyelesaikan Masalah Salah Operasi: Pengasingan Punca Punca Pantas

Apabila geganti bergerak secara tidak dijangka, cara terpantas untuk mengasingkan punca adalah dengan menggunakan urutan berdisiplin yang memisahkan "apa yang diukur oleh geganti" daripada "apa yang dialami oleh sistem." Gunakan laporan acara geganti dan osilografi terlebih dahulu; mereka selalunya lebih dipercayai daripada andaian yang dibuat selepas fakta.

Soalan hasil tinggi untuk dijawab

Unsur manakah yang ditegaskan (cth., OC masa, serta-merta, pembezaan, undervoltage)?
Adakah bentuk gelombang menunjukkan tandatangan kerosakan sebenar (magnitud semasa, anjakan fasa, jujukan negatif, arus baki)?
Adakah geganti terpolarisasi dengan betul (VT ada, pemetaan fasa yang betul) pada masa operasi?
Bolehkah ketepuan CT atau ralat pendawaian menerangkan ukuran (arus puncak rata, arus fasa tidak sepadan)?
Adakah pemutus benar-benar terbuka, atau adakah anda mengalami senario kegagalan pemutus?

Contoh biasa: perjalanan pembezaan pada penjanaan pengubah apabila sekatan masuk dilumpuhkan atau salah konfigurasi. Satu lagi isu yang kerap berlaku ialah "perbualan pikap" yang disebabkan oleh pendawaian sisa yang salah atau sambungan sekunder CT yang longgar. Dalam kedua-dua kes, perubahan tetapan sahaja berisiko melainkan anda mengesahkan rantaian pengukuran adalah betul.

Memilih Geganti yang Tepat untuk Kerja

Memilih geganti perlindungan harus didorong oleh jenis kerosakan, kritikal dan kebolehselenggaraan—bukan hanya kiraan ciri. Gunakan kriteria di bawah untuk mengelakkan terlebih beli atau, lebih teruk, kurang perlindungan.

Kriteria pemilihan yang penting dalam amalan

Fungsi perlindungan diperlukan: termasuk pengembangan masa hadapan (penyumpan tambahan, DG, pemutus seri).
Input/output: gegelung trip, status pemutus, saling kunci, mod penyelenggaraan, penggera.
Komunikasi: Sokongan protokol SCADA, keperluan IEC 61850, kaedah penyegerakan masa.
Rekod peristiwa: kedalaman tangkapan bentuk gelombang, pencetus dan kemudahan mendapatkan semula.
Kebolehselenggaraan operasi: menetapkan ketersediaan perisian, sokongan templat dan jejak latihan.

Kenyataan hasil praktikal untuk kebanyakan projek ialah: menyeragamkan keluarga geganti dan templat tetapan di mana-mana yang boleh . Penyeragaman mengurangkan masa kejuruteraan, memudahkan alat ganti dan menambah baik tindak balas insiden kerana juruteknik mengenali corak dalam laporan dan logik peristiwa.