9/13/2015 Testing and Commissioning: HIGH IMPEDENCE BUSBAR PROTECTION

http://testingcommissioning.blogspot.com/2012/09/highimpedencebusbarprotection.html 1/9

Testing and Commissioning

Sunday, September 30, 2012

HIGH IMPEDENCE BUSBAR PROTECTION

High Impedance Bus bar Protection 

Two type of relays

1. Voltage Operated 2. Current Operated 

Basic circuit of High Impedance Bus bar Protection 

CURRENT OPERATED

 

 VOLTAGE OPERATED

9/13/2015 Testing and Commissioning: HIGH IMPEDENCE BUSBAR PROTECTION

http://testingcommissioning.blogspot.com/2012/09/highimpedencebusbarprotection.html 2/9

 

Stabilizing voltage

The voltage developed across the CT secondary during maximum faultcondition.

Vs ≥ If * ( Rct + (2 * RL))

IF                         Maximum fault current 

Rct            CT secondary Resistance 

RL                    Lead  resistance of cable

The maximum fault current (IF )

The maximum fault current (IF ) or Maximum short circuit current is thebase value for design the substation system. The Equipment specificationsand relay settings are calculated based on the Maximum fault currentvalue of the system.The Maximum fault current is specified in the standard for each systemvoltage 

For Example : In SEC standard TES  P119.02 CLAUSE 8.2.4

SYSTEM VOLTAGE                        SHORT CIRCUIT CURRENT 

380 kV                                                              63kA230 kV                                                              63kA  115 kV                                                              40 kA34.5 kV                                                             25 kA13.8 kV                                                             21 kA

Consider 380kV system 

9/13/2015 Testing and Commissioning: HIGH IMPEDENCE BUSBAR PROTECTION

http://testingcommissioning.blogspot.com/2012/09/highimpedencebusbarprotection.html 3/9

IF  60kA

If  Maximum fault current in CT secondary = 21 A for CT 3000/1 Tapselection

Rct  CT secondary Resistance 

Rct can get from the CT specification

Consider 3000/1 Tap used for Bus bar protection and Rct = 4.65 ohms 

RL  Lead resistance of cable

Example: 

6 Sqmm cable   RL = 0.00308 ohm/meter at 20 dec C

RL at 75 dec C = RL ( 1+ ∞ 20 (T2T1)) 

Consider length = 500m

RL at 75 dec C =1.88 ohms 

Stabilizing voltage 

Vs ≥  IF * ( Rct + (2 * RL)) 

Vs = 21 X ( 4.65 + ( 2 X 1.88 ))

     = 177 volts

Consider 20% Margin       = 177 x 1.2 = 211.932 volts

Hence select Vs = 275 volts

Therefore in maximum fault current the voltage developed across the CTsecondary at the relay end is 275 V.                                                                                                                                                            

VOLTAGE OPERATE RELAY  (MFAC  AREVA)

Calculate voltage actually need to operate the relay or total voltage drop inthe secondary circuit during the Maximum fault condition

Is = Total secondary current drop

9/13/2015 Testing and Commissioning: HIGH IMPEDENCE BUSBAR PROTECTION

http://testingcommissioning.blogspot.com/2012/09/highimpedencebusbarprotection.html 4/9

Is = CT Magnetizing current +   CT supervision relay coil current ( MVTP)+ Protection relay coil         current for set value (MFCA SETTING RANGE 25325 V) + Metrosilleakage current

   =  Im + I mvtp +Ir + Imetrosil

Consider 8 CTs are connected parallel 

   =  (0.005 x 8) + 0.003 + 0.03 + 0.018

 Is  = 0.091 A

This is the secondary current drop during the fault condition. In otherwords this is the current enough to operate the protection relay.

Convert this current to Primary value in 3000/1 ratio CT 

Ip = Is x 3000 = 273 Amps

Voltage for 63000A is 275VVoltage for 273A is ?

63000 / 273 =275/ Vsec

Vsec = 1.2 volts This voltage is enough to operate the relay.

This voltage and current  is too small compared to Maximum fault currentand corresponding voltage.

This secondary operating current can achieve even leakage or throughfault.

So we have to decide  the fault current at which the relay should operate 

Shunt Resistor

Say The primary fault current 742A at which the relay should operate. 

This is called bias value and up to this value relay should not operate.

To achieve this condition add some resistance and increase the Issecondary leakage current value.

This External resistor should perllaly  connect with Relay. 

Ip = (Is + (Vs/Rsh)) x 3000  

9/13/2015 Testing and Commissioning: HIGH IMPEDENCE BUSBAR PROTECTION

http://testingcommissioning.blogspot.com/2012/09/highimpedencebusbarprotection.html 5/9

742 = (Is + 275/Rsh) x 3000

Rsh = 1759.7 ohms

So select the 2700 ohms Variable resister and adjust the value.

Adjust the resistance value according to our primary operating faultcurrent requirement .

Example Manifa Final relay setting for MFAC relay

Vs = 175 V

Ir = 0.20A

Rsr = 850 Omhs

Therefore Ip = (Is +Vs/Rsh) x 3000

Ip = (((0.005 x 8) + 0.003 + 0.03 + 0.018) + (175/850) ) x 3000)

    =888 Amps should be develop in primary and 0.266 Amps should beflow through the Secondary circuit to operate the relay with this setting.

CURRENT OPERATE RELAY (MCAG  AREVA)

All other calculations are same except Stabilising Resistor 

Relay setting Voltage Vs = 275 Volts

Relay setting current    Ir = 0.2 Amps

Relay burden at 275V setting is consider as 1 VA 

Stabilising resistor required Rsr = ( Vs/Ir)  ( Relay burden  Ir^2) 

Rsr = 1350 Omhs

Select the resistor range 01500 Ohms

CT SUPERVISION RELAY

This relay parallely connected with Main protection relay 

9/13/2015 Testing and Commissioning: HIGH IMPEDENCE BUSBAR PROTECTION

http://testingcommissioning.blogspot.com/2012/09/highimpedencebusbarprotection.html 6/9

 

Consider  'R' phase wire open in CT 2.

The CT1 load current will start to flow through both relays.

This is not a fault current but it causes  unnecessary trip. To avoid this tripCT supervision relay is used.

The voltage setting of this relay is very low with time delay.

So this relay will operated for leakage current and its contact short the CT.

Main relay setting is Grater then this value and instantaneous. So forheavy internal busbar fault Main protection will operate immediately.

Final relay setting Vs=14 v Time = 3 sec

Open 'R' phase CT will save by metrosil mounted near the CT marshalingbox.

METROSIL

This is non liner resistor 

During Heavy fault condition Protection relay will immediately clear thefault . If fault not clear and secondary fault voltage will damage the relay. 

This kind of situation Metrosil will short the CT secondary circuit andsave the relay coil.

Some times  circuit is open due to relay coil damage. In this situation iffault occur heavy voltage will develop and CT get damage. To avoid thismetosil will short the circuit and save the CT.

9/13/2015 Testing and Commissioning: HIGH IMPEDENCE BUSBAR PROTECTION

http://testingcommissioning.blogspot.com/2012/09/highimpedencebusbarprotection.html 7/9

Metrosil should withstand the for voltage develop due to maximum shoutcircuit stability voltage Vs.

Busbar Stability Test

1. Current operated Relay

1. Calculate the Primary operating current for relay setting value current

Ex: Relay setting 20%

CT ratio = 3000/1

20 % of secondary current 0.2Amps

Primary Current 600 Amps 

2. Short the Stabilising resistor with small shorting wire

3. Drown out the CT supervision Relay to reduce the load for Primaryinjection kit.

4. Drown out the Main protection relay and circuit will short in side andget closed path.

5. Open the metrosil one side wire ( Don't short the Metrosil) 

5. Slowly inject the primary current and reach 0.2 Ampls secondary

6. Now inset the Protection relay let it operate and measure the current.

7. Primary current value will if Metrosil , Resistor , CT supervision relayare include in the circuit.

2. Voltage operated Relay

1. Calculate the Primary operating current for relay setting value voltage

Ex: Relay setting 175v Rsh = 1500 Ohms

CT ratio = 3000/1

Ip = (Is +Vs/Rsh) x 3000 = (0.091+ 0.1166) x 3000 = 623 Amps

9/13/2015 Testing and Commissioning: HIGH IMPEDENCE BUSBAR PROTECTION

http://testingcommissioning.blogspot.com/2012/09/highimpedencebusbarprotection.html 8/9

Newer Post Older Post

 Secondary current 0.2Amps

3. Drown out the CT supervision Relay to reduce the load for Primaryinjection kit.

4. Drown out the Main protection relay and circuit will short in side andget closed path.

5. Open the metrosil one side wire ( Don't short the Metrosil) 

5. Slowly inject the primary current and reach 0.2 Ampls secondary

6. Now inset the Protection relay let it operate and measure the Voltage.

Don't inject the current continuously to the relay. Because relaywill get damage.

 

Home

Blog Archive►  2014 (3)►  2013 (24)▼  2012 (46)

►  December (3)►  October (2)▼  September (4)

HIGH IMPEDENCE BUSBAR PROTECTIONTRANSFORMER TERTIARY WINDINGVT SECONDARY INJECTIONCT TESTING IN OUTDOOR SUBSTATION

►  August (5)►  July (7)

Recommend this on Google

9/13/2015 Testing and Commissioning: HIGH IMPEDENCE BUSBAR PROTECTION

http://testingcommissioning.blogspot.com/2012/09/highimpedencebusbarprotection.html 9/9

►  June (1)►  May (3)►  April (3)►  March (3)►  February (6)►  January (9)

►  2011 (35)►  2010 (13)

About MeSIVAKUMAR

THIS IS SHIVA T&C ENGINEER IN NCC LTD  SAUDI.

View my complete profile