U članku ćete saznati šta je diferencijalna zaštita, kako radi, koje pozitivne kvalitete ima. Biće reči io tome koji su nedostaci diferencijalne zaštite dalekovoda. Također ćete naučiti praktične šeme za zaštitu uređaja i vodova.
Diferencijalni tip zaštite trenutno se smatra najčešćim i najbržim. U stanju je da zaštiti sistem od kratkih spojeva faza-faza. A u onim sistemima koji koriste čvrsto uzemljenu nultu, lako može spriječiti pojavu jednofaznih kratkih spojeva. Diferencijalni tip zaštite koristi se za zaštitu dalekovoda, motora velike snage, transformatora, generatora.
Ukupno postoje dvije vrste diferencijalne zaštite:
- Sa tenzijama koje balansiraju jedna drugu.
- Sa cirkulirajućom strujom.
Ovaj članak ćeoba ova tipa diferencijalne zaštite razmatraju se kako bi se o njima naučilo što više.
Diferencijalna zaštita pomoću cirkulirajućih struja
Princip je da se struje upoređuju. Da budemo precizniji, postoji poređenje parametara na početku elementa čija se zaštita vrši, kao i na kraju. Ova shema se koristi u izvedbi uzdužnog i poprečnog tipa. Prvi se koriste za osiguranje sigurnosti jednog dalekovoda, elektromotora, transformatora, generatora. Uzdužna diferencijalna zaštita vodova vrlo je česta u modernoj elektroenergetici. Drugi tip diferencijalne zaštite se koristi kada se koriste električni vodovi koji rade paralelno.
Longitudinalna diferencijalna zaštita vodova i uređaja
Za implementaciju zaštite uzdužnog tipa potrebno je na oba kraja ugraditi iste strujne transformatore. Njihovi sekundarni namoti moraju biti međusobno povezani u seriju uz pomoć dodatnih električnih žica koje je potrebno spojiti na strujne releje. Štaviše, ovi strujni releji moraju biti povezani na sekundarne namote paralelno. U normalnim uvjetima, kao iu prisustvu vanjskog kratkog spoja, u oba primarna namota transformatora će teći ista struja, koja će biti jednaka i po fazi i po veličini. Nešto manja vrijednost će teći kroz namotaj elektromagnetne struje releja. Možete ga izračunati koristeći jednostavnu formulu:
Ir=I1-I2.
Pretpostavimo da će se trenutne zavisnosti transformatora potpuno poklapati. Stoga je gore navedena razlika u trenutnim vrijednostima blizu ili jednaka nuli. Drugim riječima, Ir=0 i zaštita trenutno ne radi. Pomoćno ožičenje koje povezuje sekundarne namote transformatora cirkuliše struju.
Šema uzdužne diferencijalne zaštite
Ovaj diferencijalni zaštitni krug vam omogućava da dobijete jednake vrijednosti struja koje teku kroz sekundarni krug transformatora. Na osnovu ovoga možemo zaključiti da je ova zaštitna shema tako nazvana zbog principa rada. U tom slučaju područje koje se nalazi direktno između strujnih transformatora spada u zaštitnu zonu. U slučaju da dođe do kratkog spoja, u zaštitnoj zoni, kada se napaja sa jedne strane transformatora, struja I1 teče kroz namotaj elektromagnetnog releja. Šalje se u sekundarni krug transformatora, koji je instaliran na drugoj strani linije. Potrebno je obratiti pažnju na činjenicu da postoji vrlo visok otpor u sekundarnom namotu. Zbog toga kroz njega ne teče skoro nikakva struja. Po ovom principu radi diferencijalna zaštita guma, generatora, transformatora. U slučaju da se pokaže da je I1 jednak ili veći od Ir, zaštita počinje da radi, otvarajući kontakt grupu prekidača.
Zaštita od kratkog spoja i strujnog kola
U slučaju kratkog spoja unutar zaštićenog područja, obastrana, struja teče kroz elektromagnetski relej, jednaka zbiru struja svakog namotaja. U ovom slučaju, zaštita se također aktivira otvaranjem kontakata prekidača. Svi navedeni primjeri pretpostavljaju da su svi tehnički parametri transformatora potpuno isti. Prema tome, Ir=0. Ali ovo su idealni uslovi, u stvarnosti, zbog malih razlika u performansama magnetnih sistema primarnih struja, električni aparati se međusobno značajno razlikuju, čak i istog tipa. Ako postoje razlike u karakteristikama strujnih transformatora (kada se implementira diferencijalno-fazna zaštita konstrukcije), tada će se struje sekundarnih krugova razlikovati, čak i ako su primarni potpuno isti. Sada moramo razmotriti kako diferencijalni zaštitni krug radi u slučaju eksternog kratkog spoja na dalekovodu.
Spoljni kratki spoj
U prisustvu eksternog kratkog spoja, struja debalansa će teći kroz elektromagnetni relej diferencijalne zaštite. Njegova vrijednost direktno ovisi o tome koja struja prolazi kroz primarni krug transformatora. U normalnom načinu opterećenja, njegova vrijednost je mala, ali u prisustvu vanjskog kratkog spoja počinje rasti. Njegova vrijednost ovisi i o vremenu nakon početka kvara. Štaviše, trebalo bi da dosegne svoju maksimalnu vrijednost u prvih nekoliko perioda nakon početka zatvaranja. U to vrijeme cijeli I kratki spoj teče kroz primarne krugove transformatora.
Također je vrijedno napomenuti da se u početku I kratki spoj sastoji od dvije vrste struje - jednosmerne i naizmjenične. Takođe se zovuaperiodične i periodične komponente. Uređaj diferencijalne zaštite je takav da prisustvo aperiodične komponente u struji uvijek mora uzrokovati prekomjerno zasićenje magnetnog sistema transformatora. Posljedično, razlika potencijala debalansa se naglo povećava. Kako struja kratkog spoja počinje da opada, smanjuje se i vrijednost neuravnoteženosti sistema. Po ovom principu se izvodi diferencijalna zaštita transformatora.
Osetljivost zaštitnih struktura
Sve vrste diferencijalne zaštite brzo djeluju. I ne rade u prisutnosti vanjskih kratkih spojeva, pa je potrebno odabrati elektromagnetne releje, uzimajući u obzir maksimalnu moguću neravnotežnu struju u sistemu u prisustvu vanjskog kratkog spoja. Vrijedi obratiti pažnju na činjenicu da ova vrsta zaštite ima izuzetno nisku osjetljivost. Da biste ga povećali, morate ispuniti mnoge uslove. Prije svega, potrebno je koristiti strujne transformatore koji ne zasićuju magnetska kola u trenutku kada struja teče kroz primarni krug (bez obzira na njegovu vrijednost). Drugo, poželjno je koristiti električne uređaje tipa brzog zasićenja. Moraju biti spojeni na sekundarne namote elemenata koji se štite. Elektromagnetski relej spojen je na transformator koji se brzo zasićenje (strujna diferencijalna zaštita postaje što je moguće pouzdanija) paralelno sa njegovim sekundarnim namotom. Ovako radi diferencijalna zaštita generatora ili transformatora.
Povećaj osjetljivost
Pretpostavimo da je došlo do eksternog kratkog spoja. U ovom slučaju kroz primarne krugove zaštitnih transformatora, koji se sastoje od aperiodičnih i periodičnih komponenti, teče određena struja. Iste "komponente" prisutne su u struji debalansa koja teče kroz primarni namotaj transformatora koji se brzo zasićenje. U ovom slučaju, aperiodična komponenta struje značajno zasićuje jezgro. Zbog toga ne dolazi do transformacije struje u sekundarni krug. Sa slabljenjem aperiodične komponente dolazi do značajnog smanjenja zasićenja magnetskog kruga i postepeno se u sekundarnom krugu počinje pojavljivati određena vrijednost struje. Ali maksimalni nivo struje neuravnoteženosti bit će mnogo manji nego u nedostatku transformatora koji brzo zasićenje. Stoga možete povećati osjetljivost postavljanjem vrijednosti struje zaštite manjom ili jednakom maksimalnoj vrijednosti razlike potencijala neuravnoteženosti.
Pozitivne kvalitete diferencijalne zaštite
Tokom prvih perioda, magnetsko kolo je jako zasićeno, transformacija se praktično ne dešava. Ali nakon raspada aperiodične komponente, periodični dio počinje da se transformiše u sekundarnom krugu. Vrijedi obratiti pažnju na činjenicu da je to veoma važno. Stoga, elektromagnetski relej radi i isključuje zaštićeno kolo. Vrlo nizak nivo transformacije za prvih otprilike jedan i po vremenski period usporava djelovanje zaštitnog kola. Ali to ne igra veliku ulogu u konstrukciji praktičnih zaštitnih kola.
Diferencijalna zaštita transformatora ne radi u slučajevima kada dođe do oštećenja električnog kola izvan zaštitne zone. Stoga, vremensko kašnjenje i selektivnost nisu potrebni. Vrijeme odziva zaštite kreće se od 0,05 do 0,1 sekunde. To je velika prednost ove vrste diferencijalne zaštite. Ali postoji još jedna prednost - vrlo visok stupanj osjetljivosti, posebno kada se koristi transformator sa brzim zasićenjem. Među manjim prednostima, vrijedi istaći jednostavnost i vrlo visoku pouzdanost.
Negativna svojstva
Ali i uzdužna i poprečna diferencijalna zaštita imaju nedostatke. Na primjer, nije u mogućnosti da zaštiti električni krug kada je izvana izložen kratkim spojevima. Takođe, nije u mogućnosti da otvori električni krug kada je podvrgnut jakom preopterećenju.
Nažalost, zaštita može raditi ako je oštećen pomoćni krug na koji je spojen sekundarni namotaj. Ali sve prednosti diferencijalne zaštite s cirkulirajućom strujom prekidaju ove manje nedostatke. Ali oni su u stanju da zaštite dalekovode veoma kratke dužine, ne više od jednog kilometra.
Veoma se koriste u realizaciji zaštite žica, uz pomoć kojih se napajaju različiti uređaji neophodni za rad elektrana i generatora. U slučaju da je dužina dalekovoda veoma velika, npr. nekoliko desetina kilometara, zaštita premaovo kolo je veoma teško izvesti, jer je za povezivanje elektromagnetnih releja i sekundarnog namota transformatora potrebno koristiti žice sa veoma velikim poprečnim presekom.
Ako koristite standardne žice, onda će opterećenje na strujnim transformatorima biti preveliko, kao i struja debalansa. Ali što se tiče osjetljivosti, ispostavilo se da je izuzetno niska.
Izvedba zaštitnih releja i opseg strujnih kola
U veoma dugim dalekovodima koristi se kolo u kojem se nalazi zaštitni relej posebnog dizajna. Pomoću njega možete osigurati normalan nivo osjetljivosti i koristiti standardne spojne žice. Poprečna diferencijalna zaštita radi poređenjem struje u dvije linije u fazama i veličinama.
Diferencijalna zaštita velike brzine koristi se u dalekovodima u kojima napon teče u rasponu od 3-35 hiljada volti. Ovo pruža pouzdanu zaštitu od kratkog spoja faza-faza. Diferencijalna zaštita se izvodi kao dvofazna zbog činjenice da elektroenergetska mreža sa navedenim radnim naponima nije uzemljena neutralnim elementima. U suprotnom, neutral je povezan sa zemljom pomoću lučnog otvora.
Pomoćne žice u dizajnu zaštitnih kola
Strujni transformatori su u relativnoj blizini jedan drugom. Stoga su pomoćne žice prilično kratke. Kada koristite žice malog prečnikatransformatori će biti izloženi relativno malom opterećenju. Što se tiče struje debalansa, ona je takođe mala. Ali stepen osetljivosti je veoma visok. U slučaju isključenja bilo koje linije, diferencijalna zaštita postaje strujna, nema vremenskog kašnjenja i selektivnosti. Da biste spriječili lažne alarme, pomoćni kontakti linije isključuju kolo.
Diferencijalna zaštita strujnog kruga
Poprečna zaštita se široko koristi u razvoju linijskih sistema koji rade paralelno. Prekidači su postavljeni sa obe strane linije. Zaključak je da je takve vodove vrlo teško zaštititi jednostavnim krugovima. Razlog je u tome što je nemoguće postići normalan nivo selektivnosti. Da bi se poboljšala selektivnost, vremensko kašnjenje mora biti pažljivo odabrano. Ali u slučaju korištenja poprečno usmjerene diferencijalne zaštite, vremensko kašnjenje nije potrebno, selektivnost je prilično visoka. Ima glavne organe:
- Smjer snage. Često se koriste releji smjera snage dvostrukog djelovanja. Ponekad se koristi par releja diferencijalne zaštite jednosmjernog djelovanja koji rade u različitim smjerovima snage.
- Početak - po pravilu se u njegovoj ulozi koriste brzi releji sa maksimalno mogućom strujom.
Dizajn sistema je takav da se na vodove ugrađuju strujni transformatori sa sekundarnim namotajima povezanim u strujni krug. Ali svi trenutni namotaji se uključuju u seriju, nakonšto su spojeni uz pomoć dodatnih žica na strujne transformatore. Da bi diferencijalno-fazna zaštita radila, napon se dovodi do releja pomoću sabirnica instalacija. Na njima je instaliran cijeli komplet. Ako pogledate krug za uključivanje sekundarnih krugova transformatora i zaštitnog releja, možemo zaključiti zašto se zove "usmjerena osmica". Ceo sistem je napravljen u dva seta. Na svakom kraju linije nalazi se po jedan set koji pruža strujnu diferencijalnu zaštitu za strujni vod.
Monofazni relejni krug
Napon na zaštitni relej se dovodi u obrnutoj fazi na ono što je potrebno da se isključi jedan vod sa oštećenjem. U normalnom radu (uključujući prisutnost vanjskog kratkog spoja), samo struja debalansa teče kroz namotaje releja. Kako bi se izbjegla lažna okidanja, potrebno je da startni releji imaju struju okidanja veću od struje debalansa. Razmotrite rad zaštite dvije linije.
Na početku kratkog spoja, neka struja teče u zaštitnoj zoni druge linije. Vrijedi obratiti pažnju na činjenicu da:
- Start relej aktiviran.
- Na strani jedne trafostanice, relej smjera snage otvara kontakte prekidača.
- Sa strane druge trafostanice, linija je takođe isključena pomoću prekidača.
- U releju smjera snage, obrtni moment je negativan, stoga su kontakti otvoreni.
U namotajima prvog zaštitnog relejasmjer kretanja struje se mijenja (u odnosu na prvu liniju) tokom kratkog spoja. Relej smjera snage drži kontaktnu grupu u otvorenom stanju. Prekidači na strani obje trafostanice su otvoreni.
Samo takva diferencijalna zaštita vodova može ispravno funkcionisati samo kada se oba voda odvijaju paralelno. U slučaju da se jedan od njih isključi, krši se princip rada diferencijalne zaštite. Posljedično, daljnja zaštita dovodi do neselektivnog isključivanja druge linije tijekom vanjskih kratkih spojeva. U tom slučaju ona postaje obična usmjerena struja i nema vremensko kašnjenje. Da bi se ovo izbjeglo, zaštita od unakrsnih smjerova se automatski deaktivira prilikom isključenja jedne linije prekidanjem kola sa pomoćnim kontaktom.
Dodatne vrste zaštite
Struje okidanja startnih releja moraju biti veće od struja debalansa tokom eksternog kratkog spoja. Da bi se izbjegli lažni pozitivni rezultati kada je jedan od vodova isključen, a maksimalna struja opterećenja prođe kroz preostalu, potrebno je da ona bude veća od neuravnotežene potencijalne razlike. Ako postoji poprečna vrsta diferencijalne zaštite na liniji, moraju se obezbijediti dodatni stepeni.
Omogućiće da jedna linija bude zaštićena kada je paralelna isključena. Obično se koriste za zaštitu od prekomjerne struje tijekom vanjskog kratkog spoja (u ovom slučaju diferencijalna zaštita ne reagira). Osim toga, dodatna zaštitaje rezervna kopija diferencijala (ako potonji nije uspio).
Često se koriste zaštite usmjerene i neusmjerene struje, prekidi i sl. Unakrsna diferencijalna zaštita je jednostavnog dizajna, vrlo pouzdana i široko se koristi u elektroenergetskim mrežama napona od 35 hiljada volti ili više. Ovako radi diferencijalna zaštita, njen princip rada je prilično jednostavan, ali ipak morate znati barem osnove elektrotehnike da biste razumjeli sve zamršenosti.
