В статията ще научите какво представлява диференциалната защита, как работи, какви положителни качества има. Ще се говори и за това какви са недостатъците на диференциалната защита на електропроводите. Ще научите и практически схеми за защита на устройства и електропроводи.
Диференциалният тип защита в момента се счита за най-разпространения и най-бърз. Той е в състояние да защити системата от късо съединение между фаза. И в тези системи, които използват солидно заземена неутрала, тя може лесно да предотврати появата на еднофазни къси съединения. Диференциалният тип защита се използва за защита на електропроводи, двигатели с висока мощност, трансформатори, генератори.
Общо има два вида диференциална защита:
- С напрежение, балансиращо взаимно.
- С циркулиращ ток.
Тази статия щеи двата вида диференциална защита се разглеждат, за да се научи колкото е възможно повече за тях.
Диференциална защита с помощта на циркулиращи токове
Принципът е, че токовете се сравняват. И за да бъдем по-точни, има сравнение на параметри в началото на елемента, чиято защита се извършва, както и в края. Тази схема се използва при изпълнението на надлъжен тип и напречен. Първите се използват за осигуряване на безопасността на единичен електропровод, електродвигатели, трансформатори, генератори. Защитата на надлъжната диференциална линия е много разпространена в съвременната енергийна индустрия. Вторият тип диференциална защита се използва при използване на електропроводи, работещи паралелно.
Надлъжна диференциална защита на линии и устройства
За да се приложи защита от надлъжен тип, е необходимо да се монтират едни и същи токови трансформатори в двата края. Техните вторични намотки трябва да бъдат свързани помежду си последователно с помощта на допълнителни електрически проводници, които трябва да бъдат свързани към токови релета. Освен това тези токови релета трябва да бъдат свързани паралелно към вторичните намотки. При нормални условия, както и при наличие на външно късо съединение, в двете първични намотки на трансформаторите ще тече един и същ ток, който ще бъде равен както по фаза, така и по големина. Малко по-малка стойност ще протече през намотката на електромагнитния ток на релето. Можете да го изчислите с помощта на проста формула:
Ir=I1-I2.
Да приемем, че текущите зависимости на трансформаторите ще съвпадат напълно. Следователно, гореспоменатата разлика в текущите стойности е близка или равна на нула. С други думи, Ir=0 и защитата не работи в момента. Спомагателното окабеляване, което свързва вторичните намотки на трансформаторите, циркулира ток.
Схема за диференциална защита от надлъжен тип
Тази диференциална защитна верига ви позволява да получите равни стойности на токовете, които протичат през вторичната верига на трансформаторите. Въз основа на това можем да заключим, че тази защитна схема е наречена така поради принципа на действие. В този случай зоната, която се намира директно между токовите трансформатори, попада в защитната зона. В случай, че има късо съединение, в защитната зона, когато се захранва от едната страна на трансформатора, токът I1 протича през намотката на електромагнитното реле. Изпраща се към вторичната верига на трансформатора, която е инсталирана от другата страна на линията. Необходимо е да се обърне внимание на факта, че има много високо съпротивление във вторичната намотка. Следователно през него не протича почти никакъв ток. На този принцип работи диференциалната защита на гуми, генератори, трансформатори. В случай, че I1 се окаже равен или по-голям от Ir, защитата започва да работи, отваряйки контактната група от превключватели.
Защита от късо съединение и верига
В случай на късо съединение в защитената зона и дветестрани, през електромагнитното реле протича ток, равен на сумата от токовете на всяка намотка. В този случай защитата се активира и чрез отваряне на контактите на превключвателите. Всички горни примери предполагат, че всички технически параметри на трансформаторите са абсолютно еднакви. Следователно Ir=0. Но това са идеални условия, в действителност, поради малки разлики в работата на магнитните системи на първични токове, електрическите уреди се различават значително един от друг, дори от един и същи тип. Ако има разлики в характеристиките на токовите трансформатори (когато се изпълнява диференциално-фазова защита на конструкцията), тогава токовете на вторичните вериги ще се различават, дори ако първичните са абсолютно еднакви. Сега трябва да разгледаме как работи веригата за диференциална защита в случай на външно късо съединение на електропровода.
Външно късо съединение
При наличие на външно късо съединение, ток на дисбаланс ще протича през електромагнитното реле за диференциална защита. Стойността му директно зависи от това какъв ток преминава през първичната верига на трансформатора. В режим на нормално натоварване стойността му е малка, но при наличие на външно късо съединение, тя започва да се увеличава. Стойността му зависи и от времето след началото на повредата. Освен това тя трябва да достигне максималната си стойност през първите няколко периода след началото на затварянето. По това време цялото късо съединение I преминава през първичните вериги на трансформаторите.
Също така си струва да се отбележи, че в началото късото съединение I се състои от два вида ток - постоянен и променлив. Те също се наричатапериодични и периодични компоненти. Устройството за диференциална защита е такова, че наличието на апериодичен компонент в тока винаги трябва да причинява прекомерно насищане на магнитната система на трансформатора. Следователно разликата в потенциала на дисбаланса се увеличава рязко. Тъй като токът на късо съединение започне да намалява, стойността на дисбаланса на системата също намалява. Съгласно този принцип се осъществява диференциална защита на трансформатора.
Чувствителност на защитните структури
Всички видове диференциална защита са бързодействащи. И те не работят при наличие на външни къси съединения, така че е необходимо да изберете електромагнитни релета, като се вземе предвид максималният възможен ток на дисбаланс в системата при наличие на външно късо съединение. Струва си да се обърне внимание на факта, че този тип защита има изключително ниска чувствителност. За да го увеличите, трябва да изпълните много условия. Първо, необходимо е да се използват токови трансформатори, които не насищат магнитните вериги в момента, когато токът протича през първичната верига (независимо от неговата стойност). На второ място, желателно е да се използват електрически уреди от бързо насищащ тип. Те трябва да бъдат свързани към вторичните намотки на елементите, които трябва да бъдат защитени. Електромагнитното реле е свързано към бързо насищащ трансформатор (токовата диференциална защита става възможно най-надеждна) успоредно с неговата вторична намотка. Ето как работи диференциалната защита на генератора или трансформатора.
Увеличаване на чувствителността
Да приемем, че е възникнало външно късо съединение. В този случай през първичните вериги на защитните трансформатори, състоящи се от апериодични и периодични компоненти, протича определен ток. Същите „компоненти“присъстват в тока на дисбаланса, който протича през първичната намотка на бързо насищащ трансформатор. В този случай апериодичният компонент на тока значително насища ядрото. Следователно трансформацията на тока във вторичната верига не се случва. С отслабването на апериодичния компонент настъпва значително намаляване на насищането на магнитната верига и постепенно във вторичната верига започва да се появява определена стойност на тока. Но максималното ниво на тока на дисбаланс ще бъде много по-малко, отколкото при липса на бързо насищащ трансформатор. Следователно, можете да увеличите чувствителността, като зададете стойността на защитния ток по-малка или равна на максималната стойност на дисбалансната потенциална разлика.
Положителни качества на диференциалната защита
През първите периоди магнитната верига е наситена много силно, трансформацията практически не се случва. Но след като апериодичният компонент се разпадне, периодичната част започва да се трансформира във вторичната верига. Струва си да се обърне внимание на факта, че е много важно. Следователно електромагнитното реле работи и изключва защитената верига. Много ниско ниво на трансформация за първите приблизително един и половина периоди от време забавя действието на защитната верига. Но това не играе голяма роля в изграждането на практични вериги за защита на вериги.
Трансформаторната диференциална защита не работи в случаите, когато има повреда на електрическата верига извън защитната зона. Следователно не са необходими времево забавяне и селективност. Времето за реакция на защитата варира от 0,05 до 0,1 секунди. Това е огромно предимство на този тип диференциална защита. Но има и друго предимство - много висока степен на чувствителност, особено при използване на бързо насищащ трансформатор. Сред по-малките предимства си струва да се отбележи, като простота и много висока надеждност.
Отрицателни свойства
Но както надлъжната, така и напречната диференциална защита имат недостатъци. Например, той не е в състояние да защити електрическата верига, когато е изложен на късо съединение отвън. Също така, той не може да отвори електрическата верига, когато е подложен на силно претоварване.
За съжаление, защитата може да работи, ако спомагателната верига е повредена, към която е свързана вторичната намотка. Но всички предимства на диференциалната защита с циркулиращ ток прекъсват тези незначителни недостатъци. Но те са в състояние да защитят електропроводи с много къса дължина, не повече от километър.
Те много често се използват при изпълнение на защитата на проводниците, с помощта на които се захранват различни устройства, необходими за работата на електроцентрали и генератори. В случай, че дължината на електропровода е много голяма, например, тя е няколко десетки километра, защита споредтази схема е много трудна за изпълнение, тъй като е необходимо да се използват проводници с много голямо напречно сечение за свързване на електромагнитни релета и вторична намотка на трансформатори.
Ако използвате стандартни проводници, тогава натоварването на токовите трансформатори ще бъде твърде голямо, както и токът на дисбаланса. Но що се отнася до чувствителността, тя се оказва изключително ниска.
Дизайн на защитни релета и обхват на вериги
В много дълги електропроводи се използва верига, в която има защитно реле със специална конструкция. С него можете да осигурите нормално ниво на чувствителност и да използвате стандартни свързващи проводници. Напречната диференциална защита работи чрез сравняване на тока в две линии във фази и величини.
Високоскоростната диференциална защита се използва в електропроводи, в които напрежението протича в диапазона от 3-35 хиляди волта. Това осигурява надеждна защита срещу късо съединение между фаза. Диференциалната защита се осъществява като двуфазна поради факта, че захранващата мрежа с горните работни напрежения не е заземена от неутрали. В противен случай неутралата е свързана със земята посредством дъгова улей.
Допълнителни проводници в проектирането на защитни вериги
Токовите трансформатори са в относителна близост един до друг. Следователно спомагателните проводници са доста къси. Когато използвате проводници с малък диаметър натрансформаторите ще бъдат изложени на относително ниско натоварване. Що се отнася до тока на дисбаланса, той също е малък. Но степента на чувствителност е много висока. В случай на прекъсване на която и да е линия, диференциалната защита става текуща, няма забавяне и селективност. За да предотвратите фалшиви аларми, допълнителните контакти на линията изключват веригата.
Страверсна верига диференциална защита
Напречната защита се използва широко при разработването на линейни системи, работещи паралелно. Превключвателите са инсталирани от двете страни на линията. Изводът е, че такива линии са много трудни за защита с прости схеми. Причината е, че е невъзможно да се постигне нормално ниво на селективност. За да се подобри селективността, времето за забавяне трябва да бъде внимателно избрано. Но в случай на използване на напречно насочена диференциална защита, времето за забавяне не е необходимо, селективността е доста висока. Тя има основни органи:
- Посока на мощността. Често се използват релета за посока на мощността с двойно действие. Понякога се използват двойка диференциални защитни релета с едно действие, които работят с различни посоки на мощност.
- Стартиране - като правило в неговата роля се използват високоскоростни релета с максимален възможен ток.
Конструкцията на системата е такава, че на линиите се монтират токови трансформатори с вторични намотки, свързани в верига с циркулиращ ток. Но всички текущи намотки се включват последователно, след товакакво са свързани с помощта на допълнителни проводници към токовите трансформатори. За да работи диференциално-фазовата защита, напрежението се подава към релето чрез шините на инсталациите. На тях е инсталиран целият комплект. Ако погледнете веригата за включване на вторичните вериги на трансформатори и защитно реле, можем да заключим защо се нарича „насочена осем“. Цялата система е изработена в два комплекта. Има по един комплект във всеки край на линията, който осигурява токова диференциална защита за електропровода.
Монофазна релейна верига
Напрежението към защитното реле се подава в обратна фаза на необходимото за изключване на една линия с повреда. При нормална работа (включително при наличие на външно късо съединение) през намотките на релето протича само дисбалансният ток. За да се избегнат фалшиви задействания, е необходимо пусковите релета да имат ток на изключване, по-голям от тока на дисбаланс. Помислете за работата по защита на две линии.
В началото на късото съединение в защитната зона на втората линия тече известен ток. Струва си да се обърне внимание на факта, че:
- Релето за стартиране е активирано.
- От страната на една подстанция, релето за посока на мощността отваря контактите на прекъсвача.
- От страната на втората подстанция линията също се изключва с помощта на превключватели.
- В релето за посоката на захранване въртящият момент е отрицателен, следователно контактите са отворени.
В намотките на релето за защита на първата линияпосоката на движение на тока се променя (спрямо първата линия) по време на късо съединение. Релето за посока на мощността поддържа контактната група в отворено състояние. Автоматичните прекъсвачи от страната на двете подстанции се отварят.
Само такава диференциална защита на линията може да функционира правилно само когато и двете линии работят паралелно. В случай, че един от тях е изключен, принципът на действие на диференциалната защита се нарушава. Следователно допълнителната защита води до неселективно изключване на втората линия по време на външни къси съединения. В този случай той се превръща в обикновен насочен ток и няма време закъснение. За да се избегне това, кръстосаната защита се изключва автоматично по време на прекъсване на една линия чрез прекъсване на веригата с допълнителния контакт.
Допълнителни видове защита
Токовете на изключване на пусковите релета трябва да са по-големи от токовете на дисбаланс по време на външно късо съединение. За да се избегнат фалшиви положителни резултати, когато една от линиите е изключена и максималният ток на натоварване преминава през останалата, е необходимо той да бъде по-голям от потенциалната разлика на дисбаланса. Ако има напречен тип диференциална защита на линията, трябва да се осигурят допълнителни степени.
Те ще позволят една линия да бъде защитена, когато паралелната е изключена. Обикновено те се използват за защита от свръхток при външно късо съединение (в този случай диференциалната защита не реагира). В допълнение, допълнителна защитае резервно копие на диференциала (ако последният не успее).
Често се използват насочена и ненасочена токова защита, прекъсвания и т.н.. Напречната диференциална защита е проста по дизайн, много надеждна и е широко използвана в енергийни мрежи с напрежение от 35 хиляди волта или Повече ▼. Ето как работи диференциалната защита, принципът й на действие е доста прост, но все пак трябва да знаете поне основите на електротехниката, за да разберете всички тънкости.
