U članku ćete saznati što je diferencijalna zaštita, kako funkcionira, koje pozitivne kvalitete ima. Također će se govoriti o tome koji su nedostaci diferencijalne zaštite dalekovoda. Također ćete naučiti praktične sheme za zaštitu uređaja i električnih vodova.
Diferencijalni tip zaštite trenutno se smatra najčešćim i najbržim. U stanju je zaštititi sustav od kratkih spojeva faza-faza. A u onim sustavima koji koriste čvrsto uzemljenu nultu, lako može spriječiti pojavu jednofaznih kratkih spojeva. Diferencijalni tip zaštite koristi se za zaštitu vodova, motora velike snage, transformatora, generatora.
Ukupno postoje dvije vrste diferencijalne zaštite:
- S napetostima koje uravnotežuju jedna drugu.
- S cirkulirajućom strujom.
Ovaj članak ćeobje ove vrste diferencijalne zaštite razmatraju se kako bi se o njima naučilo što više.
Diferencijalna zaštita pomoću cirkulirajućih struja
Princip je da se struje uspoređuju. A da budemo precizniji, postoji usporedba parametara na početku elementa čija se zaštita provodi, 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. Druga vrsta diferencijalne zaštite koristi se kada se koriste električni vodovi koji rade paralelno.
uzdužna diferencijalna zaštita vodova i uređaja
Za provedbu zaštite uzdužnog tipa potrebno je na oba kraja ugraditi iste strujne transformatore. Njihovi sekundarni namoti moraju se međusobno spojiti u seriju uz pomoć dodatnih električnih žica koje je potrebno spojiti na strujne releje. Štoviše, ovi strujni releji moraju biti spojeni na sekundarne namote paralelno. U normalnim uvjetima, kao iu prisutnosti vanjskog kratkog spoja, ista struja će teći u oba primarna namota transformatora, koji će biti jednaki i po fazi i po veličini. Nešto manja vrijednost će protjecati kroz namot elektromagnetske struje releja. Možete ga izračunati pomoću jednostavne formule:
Ir=I1-I2.
Pretpostavimo da će se strujne ovisnosti transformatora potpuno podudarati. Stoga je spomenuta razlika u trenutnim vrijednostima blizu ili jednaka nuli. Drugim riječima, Ir=0 i zaštita trenutno ne radi. Pomoćno ožičenje koje povezuje sekundarne namote transformatora cirkulira struju.
Shema diferencijalne zaštite uzdužnog tipa
Ovaj diferencijalni zaštitni krug omogućuje vam da dobijete jednake vrijednosti struja koje teku kroz sekundarni krug transformatora. Na temelju toga možemo zaključiti da je ova zaštitna shema tako nazvana zbog principa rada. U tom slučaju područje koje se nalazi izravno između strujnih transformatora spada u zaštitnu zonu. U slučaju kratkog spoja, u zaštitnoj zoni, kada se napaja s jedne strane transformatora, struja I1 teče kroz namot elektromagnetskog releja. Šalje se u sekundarni krug transformatora, koji je instaliran s druge strane linije. Potrebno je obratiti pozornost na činjenicu da postoji vrlo visok otpor u sekundarnom namotu. Stoga kroz njega ne teče gotovo nikakva struja. Prema ovom principu radi diferencijalna zaštita guma, generatora, transformatora. U slučaju da se pokaže da je I1 jednak ili veći od Ir, zaštita počinje djelovati, otvarajući kontaktnu grupu prekidača.
Zaštita od kratkog spoja i spoja
U slučaju kratkog spoja unutar zaštićenog područja, obojestrana, kroz elektromagnetski relej teče struja, jednaka zbroju struja svakog namota. U ovom slučaju zaštita se također aktivira otvaranjem kontakata prekidača. Svi navedeni primjeri pretpostavljaju da su svi tehnički parametri transformatora potpuno isti. Stoga, Ir=0. Ali to su idealni uvjeti, u stvarnosti, zbog malih razlika u izvedbi magnetskih sustava 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 strukture), tada će se struje sekundarnih krugova razlikovati, čak i ako su primarni potpuno isti. Sada moramo razmotriti kako diferencijalni zaštitni krug radi u slučaju vanjskog kratkog spoja na dalekovodu.
Vanjski kratki spoj
U prisutnosti vanjskog kratkog spoja, struja neravnoteže će teći kroz elektromagnetski relej diferencijalne zaštite. Njegova vrijednost izravno ovisi o tome koja struja prolazi kroz primarni krug transformatora. U normalnom načinu opterećenja, njegova vrijednost je mala, ali u prisutnosti vanjskog kratkog spoja počinje se povećavati. Njegova vrijednost također ovisi o vremenu nakon početka kvara. Štoviše, svoju maksimalnu vrijednost trebao bi doseći u prvih nekoliko razdoblja 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 - istosmjerne i izmjenične. Oni se također zovuaperiodične i periodične komponente. Uređaj diferencijalne zaštite je takav da prisutnost aperiodične komponente u struji uvijek mora uzrokovati prekomjerno zasićenje magnetskog sustava transformatora. Posljedično, razlika potencijala neuravnoteženosti naglo raste. Kako se struja kratkog spoja počinje smanjivati, smanjuje se i vrijednost neuravnoteženosti sustava. Prema ovom principu provodi se diferencijalna zaštita transformatora.
Osjetljivost zaštitnih struktura
Sve vrste diferencijalne zaštite brzo djeluju. I ne rade u prisutnosti vanjskih kratkih spojeva, pa je potrebno odabrati elektromagnetske releje, uzimajući u obzir najveću moguću neravnotežnu struju u sustavu u prisutnosti vanjskog kratkog spoja. Vrijedno je obratiti pozornost na činjenicu da ova vrsta zaštite ima iznimno nisku osjetljivost. Da biste ga povećali, morate ispuniti mnoge uvjete. Prije svega, potrebno je koristiti strujne transformatore koji ne zasićuju magnetske krugove 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 brzog zasićenja (strujna diferencijalna zaštita postaje što je moguće pouzdanija) paralelno s njegovim sekundarnim namotom. Ovako radi diferencijalna zaštita generatora ili transformatora.
Povećaj osjetljivost
Pretpostavimo da je došlo do vanjskog kratkog spoja. U tom slučaju kroz primarne krugove zaštitnih transformatora, koji se sastoje od aperiodičnih i periodičnih komponenti, teče određena struja. Iste "komponente" prisutne su u struji neuravnoteženosti koja teče kroz primarni namot transformatora brzog zasićenja. U ovom slučaju aperiodična komponenta struje značajno zasićuje jezgru. Stoga ne dolazi do transformacije struje u sekundarni krug. S slabljenjem aperiodične komponente dolazi do značajnog smanjenja zasićenja magnetskog kruga, a postupno se u sekundarnom krugu počinje pojavljivati određena vrijednost struje. Ali maksimalna razina struje neuravnoteženosti bit će mnogo manja nego u nedostatku transformatora za brzo zasićenje. Stoga možete povećati osjetljivost postavljanjem vrijednosti zaštitne struje manju ili jednaku maksimalnoj vrijednosti razlike potencijala neuravnoteženosti.
Pozitivne kvalitete diferencijalne zaštite
Tijekom prvih razdoblja, magnetski krug je vrlo jako zasićen, transformacija se praktički ne događa. Ali nakon raspada aperiodične komponente, periodični dio počinje se transformirati u sekundarnom krugu. Vrijedno je obratiti pozornost na činjenicu da je vrlo važno. Stoga elektromagnetski relej djeluje i isključuje zaštićeni krug. Vrlo niska razina transformacije za prvih otprilike jedno i pol vremenskog razdoblja usporava djelovanje zaštitnog kruga. Ali to ne igra veliku ulogu u izgradnji praktičnih zaštitnih krugova.
Diferencijalna zaštita transformatora ne radi u slučajevima kada postoji oštećenje električnog kruga 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, osobito kada se koristi transformator s brzim zasićenjem. Među manjim prednostima vrijedi istaknuti jednostavnost i vrlo visoku pouzdanost.
Negativna svojstva
Ali i uzdužna i poprečna diferencijalna zaštita imaju nedostatke. Na primjer, nije u stanju zaštititi električni krug kada je izvana izložen kratkim spojevima. Također, nije u mogućnosti otvoriti električni krug kada je podvrgnut jakom preopterećenju.
Nažalost, zaštita može raditi ako je oštećen pomoćni krug na koji je spojen sekundarni namot. Ali sve prednosti diferencijalne zaštite s cirkulirajućom strujom prekidaju ove manje nedostatke. Ali oni su u stanju zaštititi dalekovode vrlo kratke duljine, ne više od kilometra.
Vrlo se često koriste u izvedbi zaštite žica, uz pomoć kojih se napajaju različiti uređaji potrebni za rad elektrana i generatora. U slučaju da je duljina dalekovoda vrlo velika, npr. nekoliko desetaka kilometara, zaštita premaovaj sklop je vrlo teško izvesti, jer je za spajanje elektromagnetskih releja i sekundarnog namota transformatora potrebno koristiti žice vrlo velikog presjeka.
Ako koristite standardne žice, onda će opterećenje strujnih transformatora biti preveliko, kao i struja neravnoteže. Ali što se tiče osjetljivosti, pokazalo se da je izuzetno niska.
Izvedba zaštitnih releja i opseg sklopova
U vrlo dugim dalekovodima koristi se krug u kojem se nalazi zaštitni relej posebne izvedbe. Pomoću njega možete osigurati normalnu razinu osjetljivosti i koristiti standardne spojne žice. Poprečna diferencijalna zaštita radi uspoređivanjem 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 tisuća volti. To osigurava pouzdanu zaštitu od kratkog spoja faza-faza. Diferencijalna zaštita se izvodi kao dvofazna zbog činjenice da elektroenergetska mreža s navedenim radnim naponima nije uzemljena neutralima. Inače, neutral je spojen na masu pomoću lučnog žlijeba.
Pomoćne žice u dizajnu zaštitnih krugova
Strujni transformatori su u relativnoj blizini jedan drugom. Stoga su pomoćne žice prilično kratke. Kada koristite žice malog promjera natransformatori će biti izloženi relativno malom opterećenju. Što se tiče struje neravnoteže, ona je također mala. Ali stupanj osjetljivosti je vrlo visok. U slučaju isključenja bilo koje linije, diferencijalna zaštita postaje strujna, nema vremenskog kašnjenja i selektivnosti. Kako biste spriječili lažne alarme, pomoćni kontakti linije odspojite strujni krug.
Diferencijalna zaštita strujnog kruga
Poprečna zaštita se široko koristi u razvoju linijskih sustava koji rade paralelno. Prekidači su instalirani s obje strane linije. Zaključak je da je takve vodove vrlo teško zaštititi jednostavnim sklopovima. Razlog je u tome što je nemoguće postići normalnu razinu 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. Ona ima glavne organe:
- Smjer snage. Često se koriste releji smjera snage dvostrukog djelovanja. Ponekad se koristi par jednodjelnih diferencijalnih zaštitnih releja koji rade s različitim smjerovima snage.
- Pokretanje - u pravilu se u njegovoj ulozi koriste brzi releji s maksimalnom mogućom strujom.
Dizajn sustava je takav da se na vodove ugrađuju strujni transformatori sa sekundarnim namotima spojenim u cirkulacijski strujni krug. Ali svi trenutni namoti se uključuju u seriju, nakonšto su spojeni uz pomoć dodatnih žica na strujne transformatore. Da bi diferencijalno-fazna zaštita radila, napon se dovodi na relej 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". Cijeli sustav je napravljen u dva seta. Na svakom kraju linije nalazi se po jedan set koji pruža strujnu diferencijalnu zaštitu za strujni vod.
Jednofazni relejni krug
Napon na zaštitni relej se dovodi u obrnutoj fazi na ono što je potrebno za odspajanje jednog voda s oštećenjem. U normalnom radu (uključujući prisutnost vanjskog kratkog spoja), samo struja neuravnoteženosti teče kroz namote releja. Kako bi se izbjegla lažna okidanja, potrebno je da startni releji imaju struju okidanja veću od struje debalansa. Razmotrite rad zaštite dviju linija.
Na početku kratkog spoja, neka struja teče u zaštitnoj zoni drugog voda. Vrijedi obratiti pažnju na činjenicu da:
- Start relej aktiviran.
- Sa strane jedne trafostanice, relej smjera snage otvara kontakte prekidača.
- Sa strane druge trafostanice, linija je također isključena pomoću prekidača.
- U releju smjera snage, moment je negativan, stoga su kontakti otvoreni.
U namotima prvog zaštitnog relejamijenja se smjer kretanja struje (u odnosu na prvi vod) tijekom 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 funkcionirati samo kada oba voda rade paralelno. U slučaju da je jedan od njih isključen, krši se princip rada diferencijalne zaštite. Posljedično, daljnja zaštita dovodi do neselektivnog isključivanja drugog voda tijekom vanjskih kratkih spojeva. U tom slučaju ona postaje obična usmjerena struja i nema vremensko kašnjenje. Kako bi se to izbjeglo, zaštita od poprečnog smjera se automatski deaktivira tijekom odspajanja jednog voda prekidanjem strujnog kruga s pomoćnim kontaktom.
Dodatne vrste zaštite
Struje okidanja startnih releja moraju biti veće od struja neuravnoteženosti tijekom vanjskog kratkog spoja. Kako bi se izbjegli lažni pozitivni rezultati kada je jedan od vodova isključen, a maksimalna struja opterećenja prolazi kroz preostali, potrebno je da ona bude veća od neuravnotežene potencijalne razlike. Ako na liniji postoji poprečna vrsta diferencijalne zaštite, moraju se osigurati dodatni stupnjevi.
Oni će omogućiti 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 usmjerena i nesmjerna strujna zaštita, prekidi itd. Presmjerna diferencijalna zaštita je jednostavne konstrukcije, vrlo pouzdana i široko se koristi u energetskim mrežama s naponom od 35 tisuća volti ili više. Ovako radi diferencijalna zaštita, njezin princip rada je prilično jednostavan, ali ipak morate znati barem osnove elektrotehnike kako biste razumjeli sve zamršenosti.
