I artikkelen vil du lære om hva differensialbeskyttelse er, hvordan det fungerer, hvilke positive egenskaper det har. Det vil også snakke om hva som er manglene ved differensiell beskyttelse av kraftlinjer. Du vil også lære praktiske opplegg for å beskytte enheter og kraftledninger.
Differentialbeskyttelsen regnes for tiden som den vanligste og raskeste. Den er i stand til å beskytte systemet mot fase-til-fase kortslutninger. Og i de systemene som bruker en solid jordet nøytral, kan den enkelt forhindre forekomsten av enfase kortslutninger. Differensialbeskyttelsen brukes til å beskytte kraftledninger, høyeffektsmotorer, transformatorer, generatorer.
Det er to typer differensialbeskyttelse tot alt:
- Med spenninger som balanserer hverandre.
- Med sirkulerende strøm.
Denne artikkelen vilbegge disse typene differensiell beskyttelse vurderes for å lære så mye som mulig om dem.
Differensialbeskyttelse ved bruk av sirkulerende strømmer
Prinsippet er at strømmer sammenlignes. Og for å være mer presis, er det en sammenligning av parametere i begynnelsen av elementet, hvis beskyttelse utføres, så vel som på slutten. Denne ordningen brukes i implementeringen av den langsgående typen og tverrgående. Førstnevnte brukes til å sikre sikkerheten til en enkelt kraftledning, elektriske motorer, transformatorer, generatorer. Langsgående differensiallinjebeskyttelse er svært vanlig i moderne kraftindustri. Den andre typen differensialbeskyttelse brukes ved bruk av kraftledninger som opererer parallelt.
Differansebeskyttelse i lengderetningen av linjer og enheter
For å implementere langsgående beskyttelse er det nødvendig å installere de samme strømtransformatorene i begge ender. Deres sekundære viklinger må kobles til hverandre i serie ved hjelp av ekstra elektriske ledninger som må kobles til strømreléer. Dessuten må disse strømreléene kobles til sekundærviklingene parallelt. Under normale forhold, så vel som i nærvær av en ekstern kortslutning, vil den samme strømmen flyte i begge primærviklingene til transformatorene, som vil være like både i fase og i størrelse. En litt mindre verdi vil strømme gjennom reléets elektromagnetiske strømvikling. Du kan beregne den ved å bruke en enkel formel:
Ir=I1-I2.
Anta at strømavhengighetene til transformatorene vil samsvare fullstendig. Derfor er den nevnte forskjellen i nåværende verdier nær eller lik null. Med andre ord, Ir=0 og beskyttelsen fungerer ikke for øyeblikket. Hjelpeledningen som forbinder sekundærviklingene til transformatorene sirkulerer strøm.
Skjema for differensialbeskyttelse av langsgående type
Denne differensialbeskyttelseskretsen lar deg oppnå like verdier av strømmer som flyter gjennom sekundærkretsen til transformatorer. Basert på dette kan vi konkludere med at denne verneordningen ble k alt slik på grunn av driftsprinsippet. I dette tilfellet faller området som ligger direkte mellom strømtransformatorene inn i beskyttelsessonen. I tilfelle det er en kortslutning, i beskyttelsessonen, når den drives fra den ene siden av transformatoren, strømmer strømmen I1 gjennom viklingen til det elektromagnetiske reléet. Den sendes til sekundærkretsen til transformatoren, som er installert på den andre siden av linjen. Det er nødvendig å ta hensyn til det faktum at det er en veldig høy motstand i sekundærviklingen. Derfor flyter nesten ingen strøm gjennom den. I henhold til dette prinsippet fungerer differensialbeskyttelsen av dekk, generatorer, transformatorer. I tilfelle I1 viser seg å være lik eller større enn Ir, begynner beskyttelsen å fungere og åpner kontaktgruppen med brytere.
Kortslutnings- og kretsbeskyttelse
Ved kortslutning inne i verneområdet, beggesider, strømmer en strøm gjennom det elektromagnetiske reléet, lik summen av strømmene til hver vikling. I dette tilfellet aktiveres beskyttelsen også ved å åpne kontaktene til bryterne. Alle eksemplene ovenfor antar at alle de tekniske parameterne til transformatorene er nøyaktig de samme. Derfor er jegr=0. Men dette er ideelle forhold, i virkeligheten, på grunn av små forskjeller i ytelsen til magnetiske systemer av primærstrømmer, skiller elektriske apparater seg betydelig fra hverandre, selv av samme type. Hvis det er forskjeller i egenskapene til strømtransformatorer (når differensialfasebeskyttelse av strukturen er implementert), vil strømmene til sekundærkretsene avvike, selv om de primære er helt like. Nå må vi vurdere hvordan differensialbeskyttelseskretsen fungerer i tilfelle ekstern kortslutning på kraftledningen.
Ekstern kortslutning
I nærvær av en ekstern kortslutning vil en ubalansestrøm flyte gjennom det elektromagnetiske differensialbeskyttelsesreléet. Verdien avhenger direkte av hvilken strøm som går gjennom transformatorens primærkrets. I normal belastningsmodus er verdien liten, men i nærvær av en ekstern kortslutning begynner den å øke. Verdien avhenger også av tiden etter starten av feilen. Dessuten bør den nå sin maksimale verdi i de første periodene etter starten av stengingen. Det var på dette tidspunktet hele I-kortslutningen strømmer gjennom primærkretsene til transformatorene
Det er også verdt å merke seg at kortslutning først består av to typer strøm - likestrøm og vekselstrøm. De kalles ogsåaperiodiske og periodiske komponenter. Differensialbeskyttelsesanordningen er slik at tilstedeværelsen av en aperiodisk komponent i strømmen alltid må forårsake overdreven metning av transformatorens magnetiske system. Følgelig øker ubalansepotensialforskjellen kraftig. Når kortslutningsstrømmen begynner å avta, reduseres også ubalanseverdien til systemet. I henhold til dette prinsippet utføres differensialbeskyttelse av transformatoren.
Sensitivitet av beskyttelsesstrukturer
Alle typer differensialbeskyttelse er hurtigvirkende. Og de fungerer ikke i nærvær av eksterne kortslutninger, så det er nødvendig å velge elektromagnetiske releer, under hensyntagen til maksimal mulig ubalansestrøm i systemet i nærvær av en ekstern kortslutning. Det er verdt å være oppmerksom på at denne typen beskyttelse har en ekstremt lav følsomhet. For å øke den må du oppfylle mange betingelser. For det første er det nødvendig å bruke strømtransformatorer som ikke metter magnetkretsene i det øyeblikket strømmen flyter gjennom primærkretsen (uavhengig av verdien). For det andre er det ønskelig å bruke hurtigmettende elektriske apparater. De må kobles til sekundærviklingene til elementene som skal beskyttes. Et elektromagnetisk relé er koblet til en raskt mettende transformator (strømdifferensialbeskyttelse blir så pålitelig som mulig) parallelt med sekundærviklingen. Slik fungerer generator- eller transformatordifferensialbeskyttelse.
Øk følsomheten
Anta at det har oppstått en ekstern kortslutning. I dette tilfellet flyter en viss strøm gjennom primærkretsene til beskyttende transformatorer, bestående av aperiodiske og periodiske komponenter. De samme "komponentene" er tilstede i ubalansestrømmen som strømmer gjennom primærviklingen til en hurtigmettende transformator. I dette tilfellet metter den aperiodiske komponenten av strømmen betydelig kjernen. Derfor skjer ikke transformasjonen av strømmen til sekundærkretsen. Med dempningen av den aperiodiske komponenten oppstår en betydelig reduksjon i metningen av den magnetiske kretsen, og gradvis begynner en viss strømverdi å vises i sekundærkretsen. Men det maksimale nivået av ubalansestrøm vil være mye mindre enn i fravær av en raskt mettende transformator. Derfor kan du øke følsomheten ved å sette beskyttelsesstrømverdien mindre enn eller lik maksimalverdien for ubalansepotensialforskjellen.
Positive egenskaper ved differensialbeskyttelse
I de første periodene er den magnetiske kretsen mettet veldig sterkt, transformasjonen skjer praktisk t alt ikke. Men etter at den aperiodiske komponenten forfaller, begynner den periodiske delen å transformere seg i sekundærkretsen. Det er verdt å være oppmerksom på at det er veldig viktig. Derfor fungerer det elektromagnetiske reléet og slår av den beskyttede kretsen. Et svært lavt transformasjonsnivå for de første ca. halvannen tidsperioder bremser beskyttelseskretsen. Men dette spiller ingen stor rolle i konstruksjonen av praktiske kretsbeskyttelseskretser.
Transformatordifferensialvern fungerer ikke i tilfeller der det er skade på den elektriske kretsen utenfor beskyttelsessonen. Derfor er tidsforsinkelse og selektivitet ikke nødvendig. Beskyttelsesresponstiden varierer fra 0,05 til 0,1 sekunder. Dette er en stor fordel med denne typen differensialbeskyttelse. Men det er en annen fordel - en veldig høy grad av følsomhet, spesielt når du bruker en raskt mettende transformator. Blant de mindre fordelene er det verdt å merke seg som enkelhet og svært høy pålitelighet.
Negative egenskaper
Men både langsgående og tverrgående differensialbeskyttelse har ulemper. For eksempel er den ikke i stand til å beskytte den elektriske kretsen når den utsettes for kortslutning fra utsiden. Den er heller ikke i stand til å åpne den elektriske kretsen når den utsettes for sterk overbelastning.
Dessverre kan beskyttelsen fungere hvis hjelpekretsen er skadet, som sekundærviklingen er koblet til. Men alle fordelene med differensialbeskyttelse med sirkulasjonsstrøm avbryter disse mindre ulempene. Men de er i stand til å beskytte kraftledninger med svært kort lengde, ikke mer enn en kilometer.
De brukes veldig ofte i implementeringen av beskyttelse av ledninger, ved hjelp av hvilke ulike enheter som er nødvendige for driften av kraftstasjoner og generatorer drives. I tilfelle lengden på kraftledningen er svært stor, er det for eksempel flere titalls kilometer, vern iht.denne kretsen er svært vanskelig å utføre, siden det er nødvendig å bruke ledninger med et veldig stort tverrsnitt for å koble til elektromagnetiske releer og sekundærviklingen til transformatorer.
Hvis du bruker standard ledninger, vil belastningen på strømtransformatorene bli for stor, samt ubalansestrømmen. Men når det gjelder følsomheten, viser den seg å være ekstremt lav.
Design av beskyttelsesreleer og omfang av kretser
I svært lange kraftledninger brukes en krets der det er et beskyttende relé av spesiell utforming. Med den kan du gi et norm alt følsomhetsnivå og bruke standard tilkoblingsledninger. Tverrdifferensialbeskyttelse fungerer ved å sammenligne strømmen i to linjer i faser og størrelser.
Høyhastighets differensialbeskyttelse brukes i kraftledninger der spenningen flyter i området 3-35 tusen volt. Dette gir pålitelig beskyttelse mot fase-til-fase kortslutning. Differensialbeskyttelsen utføres som tofaset på grunn av at kraftnettet med de ovennevnte driftsspenningene ikke er jordet av nøytrale. Ellers kobles nøytralen til jord ved hjelp av en lysbue.
Hjelpeledninger i utformingen av beskyttelseskretser
Strømtransformatorer er i relativ nærhet til hverandre. Derfor er hjelpeledningene ganske korte. Ved bruk av ledninger med liten diameter påtransformatorer vil bli utsatt for en relativt lav belastning. Når det gjelder ubalansestrømmen, er den også liten. Men graden av følsomhet er veldig høy. Ved frakobling av en linje blir differensialbeskyttelsen strøm, det er ingen tidsforsinkelse og selektivitet. For å forhindre falske alarmer, kobler hjelpekontakter fra linje fra kretsen.
Stravers krets differensialbeskyttelse
Tverrbeskyttelse er mye brukt i utviklingen av linjesystemer som opererer parallelt. Brytere er installert på begge sider av linjen. Poenget er at slike linjer er svært vanskelige å beskytte med enkle kretser. Årsaken er at det er umulig å oppnå et norm alt nivå av selektivitet. For å forbedre selektiviteten må tidsforsinkelsen velges nøye. Men i tilfelle bruk av en tverrrettet differensialbeskyttelse, er tidsforsinkelsen ikke nødvendig, selektiviteten er ganske høy. Hun har store organer:
- Strømretning. Dobbeltvirkende kraftretningsreleer brukes ofte. Noen ganger brukes et par enkeltvirkende differensialbeskyttelsesreléer som opererer med forskjellige effektretninger.
- Start - som regel brukes høyhastighetsreleer med maksim alt mulig strøm i sin rolle.
Utformingen av systemet er slik at strømtransformatorer med sekundærviklinger koblet i en sirkulerende strømkrets er installert på linjene. Men alle strømviklingene er slått på i serie, etterhva de er koblet til ved hjelp av ekstra ledninger til strømtransformatorene. For at differensialfasebeskyttelsen skal fungere, tilføres spenning til releet ved hjelp av samleskinnene til installasjonene. Det er på dem at hele settet er installert. Hvis du ser på kretsen for å slå på sekundærkretsene til transformatorer og et beskyttelsesrelé, kan vi konkludere med hvorfor det kalles "rettet åtte". Hele systemet er laget i to sett. Det er ett sett i hver ende av ledningen, som gir strømdifferensialbeskyttelse for kraftledningen.
Enfaset relékrets
Spenning til beskyttelsesreléet leveres i revers fase til det som trengs for å koble fra én linje med skade. Ved normal drift (inkludert i nærvær av en ekstern kortslutning), flyter bare ubalansestrømmen gjennom reléviklingene. For å unngå falske utløsninger er det nødvendig at startreléene har en utløsestrøm som er større enn ubalansestrømmen. Vurder arbeidet med å beskytte to linjer.
I begynnelsen av kortslutningen flyter det noe strøm i beskyttelsessonen til den andre linjen. Det er verdt å være oppmerksom på at:
- Startrelé aktivert.
- På siden av den ene understasjonen åpner strømretningsreléet effektbryterkontaktene.
- Fra siden av den andre transformatorstasjonen kobles også linjen fra ved hjelp av brytere.
- I kraftretningsreléet er dreiemomentet negativt, derfor er kontaktene åpne.
I viklingene til førstelinjebeskyttelsesreléetretningen på strømbevegelsen endres (i forhold til den første linjen) under en kortslutning. Strømretningsreléet holder kontaktgruppen i åpen tilstand. Strømbryterne på siden av begge transformatorstasjonene åpnes.
Bare slik linjedifferensialbeskyttelse kan bare fungere ordentlig når begge linjene kjører parallelt. I tilfelle en av dem er slått av, brytes prinsippet om drift av differensialbeskyttelsen. Følgelig fører ytterligere beskyttelse til ikke-selektiv stans av den andre linjen under eksterne kortslutninger. I dette tilfellet blir det en vanlig retningsstrøm, og den har ingen tidsforsinkelse. For å unngå dette blir tverrretningsbeskyttelsen automatisk deaktivert under frakobling av én linje ved å bryte kretsen med hjelpekontakten.
Ytterligere typer beskyttelse
Utløsningsstrømmene til startreléene må være større enn ubalansestrømmene ved ekstern kortslutning. For å unngå falske positiver når en av linjene er frakoblet og den maksimale laststrømmen går gjennom den gjenværende, er det nødvendig at den er større enn ubalansepotensialforskjellen. Hvis det er en tverrgående type differensialvern på linjen, må det gis tilleggsgrader.
De vil tillate at én linje beskyttes når den parallelle er slått av. Vanligvis brukes de til overstrømsbeskyttelse under en ekstern kortslutning (i dette tilfellet reagerer ikke differensialbeskyttelsen). I tillegg ekstra beskyttelseer en sikkerhetskopi til differensialen (hvis sistnevnte mislyktes).
Retningsbestemt og ikke-retningsbestemt strømbeskyttelse, avskjæringer osv. Det brukes ofte tverrretningsdifferensialbeskyttelse er enkel i utforming, meget pålitelig og har vært mye brukt i kraftnett med spenninger på 35 tusen volt eller mer. Dette er hvordan differensialbeskyttelse fungerer, dets operasjonsprinsipp er ganske enkelt, men du må fortsatt vite i det minste det grunnleggende om elektroteknikk for å forstå alle forviklingene.
