I artikeln får du lära dig om vad differentialskydd är, hur det fungerar, vilka positiva egenskaper det har. Det kommer också att tala om vilka bristerna är i det differentiella skyddet av kraftledningar. Du kommer också att lära dig praktiska scheman för att skydda enheter och kraftledningar.
Den differentiella typen av skydd anses för närvarande vara den vanligaste och snabbaste. Det kan skydda systemet från fas-till-fas kortslutningar. Och i de system som använder en solid jordad noll, kan den enkelt förhindra uppkomsten av enfas kortslutningar. Den differentiella typen av skydd används för att skydda kraftledningar, högeffektsmotorer, transformatorer, generatorer.
Det finns två typer av differentialskydd tot alt:
- Med spänningar som balanserar varandra.
- Med cirkulerande ström.
Denna artikel kommerbåda dessa typer av differentiellt skydd övervägs för att lära sig så mycket som möjligt om dem.
Differentialskydd med cirkulerande strömmar
Principen är att strömmar jämförs. Och för att vara mer exakt, det finns en jämförelse av parametrar i början av elementet, vars skydd utförs, såväl som i slutet. Detta schema används vid genomförandet av den längsgående typen och tvärgående. De förstnämnda används för att säkerställa säkerheten för en enda kraftledning, elmotorer, transformatorer, generatorer. Longitudinell differentialledningsskydd är mycket vanligt i modern kraftindustri. Den andra typen av differentialskydd används när kraftledningar används parallellt.
Längsgående differentialskydd för linjer och enheter
För att implementera skydd av längsgående typ är det nödvändigt att installera samma strömtransformatorer i båda ändar. Deras sekundära lindningar måste anslutas till varandra i serie med hjälp av ytterligare elektriska ledningar som måste anslutas till strömreläer. Dessutom måste dessa strömreläer anslutas till sekundärlindningarna parallellt. Under normala förhållanden, såväl som i närvaro av en extern kortslutning, kommer samma ström att flyta i transformatorernas båda primärlindningar, som kommer att vara lika både i fas och storlek. Ett något mindre värde kommer att flöda genom reläets elektromagnetiska strömlindning. Du kan beräkna det med en enkel formel:
Ir=I1-I2.
Anta att transformatorernas strömberoende kommer att matcha helt. Därför är den tidigare nämnda skillnaden i nuvarande värden nära eller lika med noll. Med andra ord, Ir=0 och skyddet fungerar inte just nu. Hjälpledningarna som förbinder transformatorernas sekundärlindningar cirkulerar ström.
Schema för differentialskydd av längsgående typ
Denna differentialskyddskrets låter dig erhålla lika värden på strömmar som flyter genom transformatorernas sekundära krets. Baserat på detta kan vi dra slutsatsen att detta skyddssystem hette så på grund av funktionsprincipen. I detta fall faller området som ligger direkt mellan strömtransformatorerna in i skyddszonen. I händelse av en kortslutning, i skyddszonen, när den strömförsörjs från ena sidan av transformatorn, flyter strömmen I1 genom lindningen av det elektromagnetiska reläet. Den skickas till transformatorns sekundära krets, som är installerad på andra sidan av linjen. Det är nödvändigt att uppmärksamma det faktum att det finns ett mycket högt motstånd i sekundärlindningen. Därför flyter nästan ingen ström genom den. Enligt denna princip fungerar differentialskyddet för däck, generatorer, transformatorer. I händelse av att I1 visar sig vara lika med eller större än Ir, börjar skyddet att fungera, vilket öppnar kontaktgruppen med omkopplare.
Kortslutnings- och kretsskydd
I händelse av kortslutning inom det skyddade området, bådasidor flyter en ström genom det elektromagnetiska reläet, lika med summan av strömmarna i varje lindning. I detta fall aktiveras skyddet också genom att kontakterna på omkopplarna öppnas. Alla ovanstående exempel antar att transformatorernas alla tekniska parametrar är exakt desamma. Därför är jagr=0. Men dessa är idealiska förhållanden, i verkligheten, på grund av små skillnader i prestandan hos magnetiska system av primärströmmar, skiljer sig elektriska apparater avsevärt från varandra, även av samma typ. Om det finns skillnader i egenskaperna hos strömtransformatorer (när differentialfasskydd av strukturen implementeras), kommer strömmarna i sekundärkretsarna att skilja sig, även om de primära är absolut desamma. Nu måste vi överväga hur differentialskyddskretsen fungerar i händelse av en extern kortslutning på kraftledningen.
Extern kortslutning
I närvaro av en extern kortslutning kommer en obalansström att flyta genom det elektromagnetiska reläet för differentialskydd. Dess värde beror direkt på vilken ström som passerar genom transformatorns primärkrets. I norm alt belastningsläge är dess värde litet, men i närvaro av en extern kortslutning börjar det öka. Dess värde beror också på tiden efter felets början. Dessutom bör den nå sitt maximala värde under de första perioderna efter stängningens början. Det var vid denna tidpunkt som hela I-kortslutningen flyter genom transformatorernas primärkretsar.
Det är också värt att notera att I-kortslutningen till en början består av två typer av ström - likström och växelström. De kallas ocksåaperiodiska och periodiska komponenter. Differentialskyddsanordningen är sådan att närvaron av en aperiodisk komponent i strömmen alltid måste orsaka överdriven mättnad av transformatorns magnetiska system. Följaktligen ökar obalanspotentialskillnaden kraftigt. När kortslutningsströmmen börjar minska minskar också systemets obalansvärde. Enligt denna princip utförs differentialskydd av transformatorn.
Känslighet hos skyddsstrukturer
Alla typer av differentialskydd är snabbverkande. Och de fungerar inte i närvaro av externa kortslutningar, så det är nödvändigt att välja elektromagnetiska reläer, med hänsyn till den maximala möjliga obalansströmmen i systemet i närvaro av en extern kortslutning. Det är värt att uppmärksamma det faktum att denna typ av skydd har en extremt låg känslighet. För att öka den måste du uppfylla många villkor. För det första är det nödvändigt att använda strömtransformatorer som inte mättar magnetkretsarna i det ögonblick då ström flyter genom primärkretsen (oavsett dess värde). För det andra är det önskvärt att använda snabbmättande elektriska apparater. De måste anslutas till sekundärlindningarna på de element som ska skyddas. Ett elektromagnetiskt relä är kopplat till en snabbmättande transformator (strömdifferentialskyddet blir så tillförlitligt som möjligt) parallellt med dess sekundärlindning. Så här fungerar generator- eller transformatordifferentialskydd.
Öka känsligheten
Anta att en extern kortslutning har inträffat. I det här fallet flyter en viss ström genom de primära kretsarna av skyddstransformatorer, bestående av aperiodiska och periodiska komponenter. Samma "komponenter" finns i obalansströmmen som flyter genom primärlindningen på en snabbmättande transformator. I detta fall mättar den aperiodiska komponenten av strömmen väsentligt kärnan. Därför sker inte omvandlingen av strömmen till sekundärkretsen. Med dämpningen av den aperiodiska komponenten inträffar en betydande minskning av mättnaden av den magnetiska kretsen, och gradvis börjar ett visst strömvärde uppträda i sekundärkretsen. Men den maximala nivån av obalansström kommer att vara mycket mindre än i frånvaro av en snabbmättande transformator. Därför kan du öka känsligheten genom att ställa in skyddsströmvärdet mindre än eller lika med maxvärdet för obalanspotentialskillnaden.
Differentialskyddets positiva egenskaper
Under de första perioderna är magnetkretsen mycket starkt mättad, transformationen sker praktiskt taget inte. Men efter att den aperiodiska komponenten sjunker, börjar den periodiska delen att transformeras i sekundärkretsen. Det är värt att uppmärksamma det faktum att det är väldigt viktigt. Därför fungerar det elektromagnetiska reläet och stänger av den skyddade kretsen. En mycket låg nivå av transformation under de första ungefär en och en halv tidsperioderna saktar ner skyddskretsens verkan. Men detta spelar ingen stor roll i konstruktionen av praktiska kretsskyddskretsar.
Transformatordifferentialskydd fungerar inte i de fall det finns skador på den elektriska kretsen utanför skyddszonen. Därför krävs inte tidsfördröjning och selektivitet. Skyddssvarstiden sträcker sig från 0,05 till 0,1 sekunder. Detta är en stor fördel med denna typ av differentialskydd. Men det finns en annan fördel - en mycket hög grad av känslighet, särskilt när du använder en snabbmättande transformator. Bland de mindre fördelarna är det värt att notera som enkelhet och mycket hög tillförlitlighet.
Negativa egenskaper
Men både längsgående och tvärgående differentialskydd har nackdelar. Till exempel kan den inte skydda den elektriska kretsen när den utsätts för kortslutning utifrån. Den kan inte heller öppna den elektriska kretsen när den utsätts för kraftig överbelastning.
Tyvärr kan skyddet fungera om hjälpkretsen är skadad, till vilken sekundärlindningen är ansluten. Men alla fördelar med differentialskydd med cirkulerande ström avbryter dessa mindre nackdelar. Men de kan skydda kraftledningar med mycket kort längd, inte mer än en kilometer.
De används mycket ofta i implementeringen av skydd av ledningar, med hjälp av vilka olika enheter som är nödvändiga för driften av kraftstationer och generatorer drivs. I händelse av att kraftledningens längd är mycket stor är det exempelvis flera tiotals kilometer, skydd enl.denna krets är mycket svår att utföra, eftersom det är nödvändigt att använda ledningar med ett mycket stort tvärsnitt för att ansluta elektromagnetiska reläer och sekundärlindningen av transformatorer.
Om du använder standardtrådar blir belastningen på strömtransformatorerna för stor, liksom obalansströmmen. Men när det gäller känsligheten så visar den sig vara extremt låg.
Designer av skyddsreläer och omfattning av kretsar
I mycket långa kraftledningar används en krets där det finns ett skyddsrelä av en speciell design. Med den kan du ge en normal känslighetsnivå och använda vanliga anslutningskablar. Tvärgående differentialskydd fungerar genom att jämföra strömmen i två linjer i faser och magnituder.
Höghastighetsdifferentialskydd används i kraftledningar där spänningen flyter i intervallet 3-35 tusen volt. Detta ger ett tillförlitligt skydd mot fas-till-fas kortslutning. Differentialskyddet utförs som tvåfas på grund av att kraftnätet med ovanstående driftspänningar inte är jordat av noll. I annat fall är nollan ansluten till jord med hjälp av en ljusbågsränna.
Hjälpledningar i designen av skyddskretsar
Strömtransformatorer är relativt nära varandra. Därför är hjälpledningarna ganska korta. När du använder trådar med liten diameter påtransformatorer kommer att utsättas för en relativt låg belastning. När det gäller obalansströmmen är den också liten. Men graden av känslighet är mycket hög. I händelse av en frånkoppling av någon ledning blir differentialskyddet aktuellt, det finns ingen tidsfördröjning och selektivitet. För att förhindra falsklarm kopplar hjälpkontakterna från kretsen.
Straverse kretsdifferentialskydd
Tvärskydd används i stor utsträckning vid utvecklingen av linjesystem som fungerar parallellt. Omkopplare är installerade på båda sidor av linjen. Summan av kardemumman är att sådana linjer är mycket svåra att skydda med enkla kretsar. Anledningen är att det är omöjligt att uppnå en normal nivå av selektivitet. För att förbättra selektiviteten måste tidsfördröjningen väljas noggrant. Men vid användning av ett tvärriktat differentialskydd behövs inte tidsfördröjningen, selektiviteten är ganska hög. Hon har stora organ:
- Strömriktning. Dubbelverkande kraftriktningsreläer används ofta. Ibland används ett par enkelverkande differentialskyddsreläer som arbetar med olika effektriktningar.
- Start - som regel används höghastighetsreläer med högsta möjliga ström i sin roll.
Utformningen av systemet är sådan att strömtransformatorer med sekundärlindningar anslutna i en cirkulerande strömkrets installeras på ledningarna. Men alla strömlindningar slås på i serie, eftervad de är anslutna med hjälp av ytterligare ledningar till strömtransformatorerna. För att differentialfasskyddet ska fungera, tillförs spänning till reläet med hjälp av installationernas samlingsskenor. Det är på dem som hela satsen är installerad. Om du tittar på kretsen för att slå på transformatorernas sekundära kretsar och ett skyddsrelä, kan vi dra slutsatsen varför den kallas den "riktade åtta". Hela systemet är gjort i två set. Det finns en uppsättning i varje ände av ledningen, vilket ger strömdifferentialskydd för kraftledningen.
Enfas reläkrets
Spänningen till skyddsreläet tillförs i omvänd fas till vad som behövs för att koppla bort en ledning med skada. I normal drift (inklusive i närvaro av en extern kortslutning) flyter endast obalansströmmen genom relälindningarna. För att undvika falska utlösningar är det nödvändigt att startreläerna har en utlösningsström som är större än obalansströmmen. Tänk på arbetet med att skydda två linjer.
I början av kortslutningen flyter en del ström i skyddszonen på den andra ledningen. Det är värt att uppmärksamma det faktum att:
- Startrelä aktiverat.
- På sidan av en transformatorstation öppnar kraftriktningsreläet strömbrytarens kontakter.
- Från sidan av den andra transformatorstationen kopplas ledningen också bort med strömbrytare.
- I effektriktningsreläet är vridmomentet negativt, därför är kontakterna öppna.
I lindningarna av första linjens skyddsreläriktningen för strömrörelsen ändras (i förhållande till den första linjen) under en kortslutning. Effektriktningsreläet håller kontaktgruppen i öppet tillstånd. Strömbrytarna på sidan av båda transformatorstationerna öppnas.
Endast sådant linjedifferentialskydd kan endast fungera korrekt när båda linjerna löper parallellt. I händelse av att en av dem är avstängd, kränks principen för funktion av differentialskyddet. Följaktligen leder ytterligare skydd till icke-selektiv avstängning av den andra ledningen under externa kortslutningar. I det här fallet blir det en vanlig riktningsström, och den har ingen tidsfördröjning. För att undvika detta avaktiveras tvärriktningsskyddet automatiskt vid frånkoppling av en ledning genom att bryta kretsen med hjälpkontakten.
Ytterligare typer av skydd
Utlösningsströmmarna för startreläerna måste vara större än obalansströmmarna under en extern kortslutning. För att undvika falska positiva resultat när en av ledningarna är frånkopplad och den maximala lastströmmen passerar genom den återstående, är det nödvändigt att den är större än obalanspotentialskillnaden. Om det finns en tvärgående typ av differentialskydd på linjen måste ytterligare grader tillhandahållas.
De tillåter att en linje skyddas när den parallella är avstängd. Vanligtvis används de för överströmsskydd under en extern kortslutning (i detta fall reagerar inte differentialskyddet). Dessutom ytterligare skyddär en backup till differentialen (om den senare misslyckades).
Riktriktade och icke-riktade strömskydd, avstängningar etc. används ofta. Tvärriktningsdifferentialskydd är enkelt i design, mycket pålitligt och har använts i stor utsträckning i kraftnät med spänningar på 35 tusen volt eller Mer. Så här fungerar differentialskydd, dess funktionsprincip är ganska enkel, men du måste fortfarande känna till åtminstone grunderna i elektroteknik för att förstå alla krångligheter.
