În articol veți afla despre ce este protecția diferențială, cum funcționează, ce calități pozitive are. Se va vorbi și despre care sunt deficiențele protecției diferențiale a liniilor electrice. Veți învăța, de asemenea, scheme practice pentru protejarea dispozitivelor și a liniilor electrice.
Tipul diferențial de protecție este considerat în prezent cel mai comun și mai rapid. Este capabil să protejeze sistemul de scurtcircuite fază la fază. Și în acele sisteme care utilizează un neutru solid împământat, poate preveni cu ușurință apariția scurtcircuitelor monofazate. Tipul de protecție diferențială este utilizat pentru a proteja liniile electrice, motoare de mare putere, transformatoare, generatoare.
Există două tipuri de protecție diferențială în total:
- Cu tensiunile care se echilibrează reciproc.
- Cu curent circulant.
Acest articol vaambele tipuri de protecție diferențială sunt luate în considerare pentru a afla cât mai multe despre ele.
Protecție diferențială folosind curenti circulatori
Principiul este că se compară curenții. Și pentru a fi mai precis, există o comparație a parametrilor la începutul elementului, a cărui protecție se realizează, precum și la sfârșit. Această schemă este utilizată în implementarea tipului longitudinal și transversal. Primele sunt folosite pentru a asigura siguranța unei singure linii electrice, motoare electrice, transformatoare, generatoare. Protecția liniilor diferențiale longitudinale este foarte comună în industria energetică modernă. Al doilea tip de protecție diferențială este utilizat atunci când se utilizează linii electrice care funcționează în paralel.
Protecție diferențială longitudinală a liniilor și dispozitivelor
Pentru implementarea protecției de tip longitudinal, este necesar să instalați aceleași transformatoare de curent la ambele capete. Înfășurările lor secundare trebuie conectate între ele în serie cu ajutorul unor fire electrice suplimentare care trebuie conectate la relee de curent. Mai mult, aceste relee de curent trebuie conectate la înfășurările secundare în paralel. În condiții normale, precum și în prezența unui scurtcircuit extern, același curent va curge în ambele înfășurări primare ale transformatoarelor, care vor fi egale atât ca fază, cât și ca mărime. O valoare puțin mai mică va curge prin înfășurarea curentului electromagnetic al releului. Îl poți calcula folosind o formulă simplă:
Ir=I1-I2.
Să presupunem că dependențele de curent ale transformatoarelor se vor potrivi complet. Prin urmare, diferența de valori curente menționată mai sus este aproape sau egală cu zero. Cu alte cuvinte, Ir=0 și protecția nu funcționează în acest moment. Cablajul auxiliar care conectează înfășurările secundare ale transformatoarelor circulă curent.
Schema de protecție diferențială de tip longitudinal
Acest circuit de protecție diferențială vă permite să obțineți valori egale ale curenților care circulă prin circuitul secundar al transformatoarelor. Pe baza acestui fapt, putem concluziona că această schemă de protecție a fost numită astfel datorită principiului de funcționare. În acest caz, zona care se află direct între transformatoarele de curent intră în zona de protecție. În cazul în care există un scurtcircuit, în zona de protecție, atunci când este alimentat dintr-o parte a transformatorului, curentul I1 circulă prin înfășurarea releului electromagnetic. Este trimis la circuitul secundar al transformatorului, care este instalat pe ceal altă parte a liniei. Este necesar să se acorde atenție faptului că există o rezistență foarte mare în înfășurarea secundară. Prin urmare, aproape niciun curent nu trece prin el. Conform acestui principiu funcționează protecția diferențială a anvelopelor, generatoarelor, transformatoarelor. În cazul în care I1 se dovedește a fi egal sau mai mare decât Ir, protecția începe să funcționeze, deschizând grupul de contacte de întrerupătoare.
Protecție la scurtcircuit și circuit
În cazul unui scurtcircuit în interiorul zonei protejate, ambelelaterale, prin releul electromagnetic trece un curent egal cu suma curenților fiecărei înfășurări. În acest caz, protecția este activată și prin deschiderea contactelor întrerupătoarelor. Toate exemplele de mai sus presupun că toți parametrii tehnici ai transformatoarelor sunt exact aceiași. Prin urmare, Ir=0. Dar acestea sunt condiții ideale, în realitate, datorită micilor diferențe de performanță ale sistemelor magnetice de curenți primari, aparatele electrice diferă semnificativ unele de altele, chiar și de același tip. Dacă există diferențe în caracteristicile transformatoarelor de curent (când este implementată protecția în fază diferențială a structurii), atunci curenții circuitelor secundare vor diferi, chiar dacă cele primare sunt absolut aceleași. Acum trebuie să luăm în considerare modul în care funcționează circuitul de protecție diferențială în cazul unui scurtcircuit extern pe linia de alimentare.
Scurtcircuit extern
În prezența unui scurtcircuit extern, un curent de dezechilibru va circula prin releul electromagnetic de protecție diferențială. Valoarea sa depinde direct de ce curent trece prin circuitul primar al transformatorului. În modul normal de încărcare, valoarea sa este mică, dar în prezența unui scurtcircuit extern, începe să crească. Valoarea acestuia depinde și de timpul de după începerea defecțiunii. Mai mult, ar trebui să atingă valoarea maximă în primele perioade de după începerea închiderii. În acest moment, întregul scurtcircuit I trece prin circuitele primare ale transformatoarelor.
De asemenea, merită remarcat faptul că la început I scurtcircuitul constă din două tipuri de curent - direct și alternativ. Se mai numesc si eicomponente aperiodice și periodice. Dispozitivul de protecție diferențială este astfel încât prezența unei componente aperiodice în curent trebuie să provoace întotdeauna o saturație excesivă a sistemului magnetic al transformatorului. În consecință, diferența de potențial de dezechilibru crește brusc. Când curentul de scurtcircuit începe să scadă, scade și valoarea dezechilibrului sistemului. Conform acestui principiu, se realizează protecția diferențială a transformatorului.
Sensibilitatea structurilor de protecție
Toate tipurile de protecție diferențială acționează rapid. Și nu funcționează în prezența unor scurtcircuite externe, deci este necesar să alegeți releele electromagnetice, ținând cont de curentul maxim de dezechilibru posibil în sistem în prezența unui scurtcircuit extern. Merită să acordați atenție faptului că acest tip de protecție are o sensibilitate extrem de scăzută. Pentru a-l crește, trebuie să îndepliniți multe condiții. În primul rând, este necesar să se utilizeze transformatoare de curent care nu saturează circuitele magnetice în momentul în care curentul trece prin circuitul primar (indiferent de valoarea acestuia). În al doilea rând, este de dorit să se utilizeze aparate electrice cu saturație rapidă. Acestea trebuie conectate la înfășurările secundare ale elementelor de protejat. Un releu electromagnetic este conectat la un transformator cu saturație rapidă (protecția diferențială de curent devine cât mai fiabilă posibil) în paralel cu înfășurarea sa secundară. Acesta este modul în care funcționează protecția diferențială a generatorului sau a transformatorului.
Crește sensibilitatea
Să presupunem că a avut loc un scurtcircuit extern. În acest caz, un anumit curent circulă prin circuitele primare ale transformatoarelor de protecție, constând din componente aperiodice și periodice. Aceleași „componente” sunt prezente în curentul de dezechilibru care trece prin înfășurarea primară a unui transformator cu saturație rapidă. În acest caz, componenta aperiodică a curentului saturează semnificativ miezul. Prin urmare, transformarea curentului în circuitul secundar nu are loc. Odată cu atenuarea componentei aperiodice, are loc o scădere semnificativă a saturației circuitului magnetic și treptat începe să apară o anumită valoare a curentului în circuitul secundar. Dar nivelul maxim al curentului de dezechilibru va fi mult mai mic decât în absența unui transformator cu saturație rapidă. Prin urmare, puteți crește sensibilitatea setând valoarea curentului de protecție mai mică sau egală cu valoarea maximă a diferenței de potențial de dezechilibru.
Calități pozitive ale protecției diferențiale
În primele perioade, circuitul magnetic este saturat foarte puternic, transformarea practic nu are loc. Dar după ce componenta aperiodică scade, partea periodică începe să se transforme în circuitul secundar. Merită să acordați atenție faptului că este foarte important. Prin urmare, releul electromagnetic funcționează și oprește circuitul protejat. Un nivel foarte scăzut de transformare pentru primele aproximativ o perioadă și jumătate de timp încetinește acțiunea circuitului de protecție. Dar acest lucru nu joacă un rol important în construcția circuitelor practice de protecție a circuitelor.
Protecția diferențială a transformatorului nu funcționează în cazurile în care există deteriorarea circuitului electric în afara zonei de protecție. Prin urmare, întârzierea și selectivitatea nu sunt necesare. Timpul de răspuns al protecției variază de la 0,05 la 0,1 secunde. Acesta este un avantaj imens al acestui tip de protecție diferențială. Dar există un alt avantaj - un grad foarte ridicat de sensibilitate, mai ales atunci când utilizați un transformator cu saturație rapidă. Printre avantajele mai mici, este de remarcat, cum ar fi simplitatea și fiabilitatea foarte mare.
Proprietăți negative
Dar atât protecția diferențială longitudinală, cât și cea transversală au dezavantaje. De exemplu, nu este capabil să protejeze circuitul electric atunci când este expus la scurtcircuite din exterior. De asemenea, nu poate deschide circuitul electric atunci când este supus la o suprasarcină puternică.
Din păcate, protecția poate funcționa dacă circuitul auxiliar este deteriorat, la care este conectată înfășurarea secundară. Dar toate avantajele protecției diferențiale cu curent circulant întrerup aceste dezavantaje minore. Dar sunt capabili să protejeze liniile electrice de lungime foarte scurtă, nu mai mult de un kilometru.
Sunt foarte des folosite în implementarea protecției firelor, cu ajutorul cărora sunt alimentate diverse dispozitive necesare funcționării centralelor și generatoarelor. În cazul în care lungimea liniei de alimentare este foarte mare, de exemplu, este de câteva zeci de kilometri, protecție conformacest circuit este foarte dificil de realizat, deoarece este necesar să se utilizeze fire cu o secțiune transversală foarte mare pentru conectarea releelor electromagnetice și a înfășurării secundare a transformatoarelor.
Dacă utilizați fire standard, atunci sarcina transformatoarelor de curent va fi prea mare, precum și curentul de dezechilibru. Dar în ceea ce privește sensibilitatea, se dovedește a fi extrem de scăzută.
Design de relee de protecție și domeniul de aplicare al circuitelor
La liniile electrice foarte lungi, se folosește un circuit în care există un releu de protecție cu un design special. Cu acesta, puteți oferi un nivel normal de sensibilitate și puteți utiliza fire de conectare standard. Protecția diferențială transversală funcționează prin compararea curentului din două linii în faze și mărimi.
Protecția diferențială de mare viteză este utilizată în liniile electrice în care tensiunea curge în intervalul 3-35 mii de volți. Acest lucru oferă protecție fiabilă împotriva scurtcircuitului fază la fază. Protecția diferențială se realizează în două faze datorită faptului că rețeaua de alimentare cu tensiunile de funcționare de mai sus nu este împământată de neutri. În caz contrar, neutrul este conectat la masă prin intermediul unui jgheab de arc.
Fire auxiliare în proiectarea circuitelor de protecție
Transformatoarele de curent sunt relativ aproape unele de altele. Prin urmare, firele auxiliare sunt destul de scurte. Când folosiți fire de diametru mictransformatoarele vor fi expuse la o sarcină relativ scăzută. În ceea ce privește curentul de dezechilibru, acesta este și el mic. Dar gradul de sensibilitate este foarte mare. În cazul deconectarii oricărei linii, protecția diferențială devine curentă, nu există întârziere și selectivitate. Pentru a preveni alarmele false, contactele auxiliare ale liniei deconectează circuitul.
Protecție diferențială a circuitului Straverse
Protecția transversală este utilizată pe scară largă în dezvoltarea sistemelor de linii care funcționează în paralel. Comutatoarele sunt instalate pe ambele părți ale liniei. Concluzia este că astfel de linii sunt foarte greu de protejat cu circuite simple. Motivul este că este imposibil să se atingă un nivel normal de selectivitate. Pentru a îmbunătăți selectivitatea, întârzierea trebuie selectată cu atenție. Dar în cazul utilizării unei protecții diferențiale direcționate transversal, întârzierea nu este necesară, selectivitatea este destul de mare. Are organe majore:
- Direcția puterii. Releele de direcție de putere cu dublă acțiune sunt adesea utilizate. Uneori se utilizează o pereche de relee de protecție diferențială cu acțiune simplă care funcționează cu direcții de putere diferite.
- Pornire - de regulă, în rolul său sunt folosite relee de mare viteză cu curent maxim posibil.
Designul sistemului este astfel încât transformatoare de curent cu înfășurări secundare conectate într-un circuit de curent circulant sunt instalate pe linii. Dar toate înfășurările de curent sunt pornite în serie, dupăce sunt conectate cu ajutorul unor fire suplimentare la transformatoarele de curent. Pentru ca protecția de fază diferențială să funcționeze, releul este alimentat cu tensiune folosind barele colectoare ale instalațiilor. Pe ele este instalat întregul kit. Dacă ne uităm la circuitul de pornire a circuitelor secundare ale transformatoarelor și a unui releu de protecție, putem concluziona de ce este numit „opt direcționat”. Întregul sistem este realizat în două seturi. Există câte un set la fiecare capăt al liniei, care oferă protecție diferențială de curent pentru linia de alimentare.
Circuit releu monofazat
Tensiunea la releul de protecție este furnizată în fază inversă față de ceea ce este necesar pentru a deconecta o linie cu deteriorare. În funcționare normală (inclusiv în prezența unui scurtcircuit extern), numai curentul de dezechilibru trece prin înfășurările releului. Pentru a evita declanșările false, este necesar ca releele de pornire să aibă un curent de declanșare mai mare decât curentul de dezechilibru. Luați în considerare munca de protejare a două linii.
La începutul scurtcircuitului, în zona de protecție a liniei a doua circulă ceva curent. Merită să acordați atenție faptului că:
- Releul de pornire activat.
- Pe partea laterală a unei substații, releul de direcție a puterii deschide contactele întreruptorului.
- Din partea laterală a celei de-a doua substații, linia este, de asemenea, deconectată folosind comutatoare.
- În releul de direcție a puterii, cuplul este negativ, prin urmare contactele sunt deschise.
În înfășurarile releului de protecție a primei liniidirecția mișcării curentului se modifică (față de prima linie) în timpul unui scurtcircuit. Releul de direcție a puterii menține grupul de contacte în starea deschisă. Întreruptoarele de circuit de pe partea ambelor substații se deschid.
Numai astfel de protecție diferențială de linie poate funcționa corect numai atunci când ambele linii rulează în paralel. În cazul în care unul dintre ele este oprit, principiul de funcționare al protecției diferențiale este încălcat. În consecință, o protecție suplimentară duce la oprirea neselectivă a celei de-a doua linii în timpul scurtcircuitelor externe. În acest caz, devine un curent direcțional obișnuit și nu are o întârziere. Pentru a evita acest lucru, protecția transversală este dezactivată automat în timpul deconectării unei linii prin întreruperea circuitului cu contactul auxiliar.
Tipuri suplimentare de protecție
Curenții de declanșare ai releelor de pornire trebuie să fie mai mari decât curenții de dezechilibru în timpul unui scurtcircuit extern. Pentru a evita falsele pozitive atunci când una dintre linii este deconectată și curentul maxim de sarcină trece prin cea rămasă, este necesar ca acesta să fie mai mare decât diferența de potențial de dezechilibru. Dacă pe linie există un tip transversal de protecție diferențială, trebuie furnizate grade suplimentare.
Vor permite ca o linie să fie protejată atunci când cea paralelă este oprită. De obicei, acestea sunt utilizate pentru protecția la supracurent în timpul unui scurtcircuit extern (în acest caz protecția diferențială nu reacționează). În plus, protecție suplimentarăeste o rezervă pentru diferenţial (dacă acesta din urmă a eşuat).
Protecția curentului direcțional și nedirecțional, întreruperile etc. sunt adesea folosite. Protecția diferențială transversală este simplă în proiectare, foarte fiabilă și a fost utilizată pe scară largă în rețelele electrice cu tensiuni de 35 mii de volți sau Mai Mult. Așa funcționează protecția diferențială, principiul său de funcționare este destul de simplu, dar trebuie totuși să cunoașteți cel puțin elementele de bază ale ingineriei electrice pentru a înțelege toate complexitățile.
