Differentiel beskyttelse: driftsprincip, enhed, skema. Transformer differential beskyttelse. Differentialbeskyttelse i længderetningen

Indholdsfortegnelse:

Differentiel beskyttelse: driftsprincip, enhed, skema. Transformer differential beskyttelse. Differentialbeskyttelse i længderetningen
Differentiel beskyttelse: driftsprincip, enhed, skema. Transformer differential beskyttelse. Differentialbeskyttelse i længderetningen
Anonim

I artiklen lærer du om, hvad differentiel beskyttelse er, hvordan den virker, hvilke positive egenskaber den har. Det vil også tale om, hvad der er manglerne ved den differentielle beskyttelse af elledninger. Du vil også lære praktiske skemaer til beskyttelse af enheder og elledninger.

differentiel beskyttelse
differentiel beskyttelse

Den differentielle beskyttelsestype betragtes i øjeblikket som den mest almindelige og hurtigste. Det er i stand til at beskytte systemet mod fase-til-fase kortslutninger. Og i de systemer, der bruger en solidt jordet neutral, kan den nemt forhindre forekomsten af enfasede kortslutninger. Differentialbeskyttelsestypen bruges til at beskytte elledninger, højeffektmotorer, transformere, generatorer.

Der er to typer differentialbeskyttelse i alt:

  1. Med spændinger, der balancerer hinanden.
  2. Med cirkulerende strøm.

Denne artikel vilbegge disse typer differentiel beskyttelse overvejes for at lære så meget som muligt om dem.

Differentialbeskyttelse ved hjælp af cirkulerende strømme

Princippet er, at strømme sammenlignes. Og for at være mere præcis er der en sammenligning af parametre i begyndelsen af elementet, hvis beskyttelse udføres, såvel som i slutningen. Denne ordning bruges i implementeringen af den langsgående type og tværgående. Førstnævnte bruges til at sikre sikkerheden af en enkelt kraftledning, elektriske motorer, transformere, generatorer. Langsgående differentiallinjebeskyttelse er meget almindelig i moderne kraftindustri. Den anden type differentialbeskyttelse bruges, når der bruges elledninger, der kører parallelt.

Differentialbeskyttelse i længderetningen af linjer og enheder

transformer differential beskyttelse
transformer differential beskyttelse

For at implementere beskyttelse i længderetningen er det nødvendigt at installere de samme strømtransformatorer i begge ender. Deres sekundære viklinger skal forbindes med hinanden i serie ved hjælp af yderligere elektriske ledninger, der skal forbindes til strømrelæer. Desuden skal disse strømrelæer forbindes til sekundærviklingerne parallelt. Under normale forhold, såvel som i nærvær af en ekstern kortslutning, vil den samme strøm strømme i begge primærviklinger af transformatorerne, som vil være ens både i fase og i størrelse. En lidt mindre værdi vil strømme gennem relæets elektromagnetiske strømvikling. Du kan beregne det ved hjælp af en simpel formel:

Ir=I1-I2.

Antag, at transformatorernes aktuelle afhængigheder vil matche fuldstændigt. Derfor er den førnævnte forskel i aktuelle værdier tæt på eller lig med nul. Med andre ord, Ir=0, og beskyttelsen virker ikke på nuværende tidspunkt. Hjælpeledningen, der forbinder transformatorernes sekundære viklinger, cirkulerer strøm.

Skema for differentialbeskyttelse af længdegående type

langsgående differentialbeskyttelse
langsgående differentialbeskyttelse

Dette differentielle beskyttelseskredsløb giver dig mulighed for at opnå ens værdier af strømme, der strømmer gennem transformatorernes sekundære kredsløb. Baseret på dette kan vi konkludere, at denne beskyttelsesordning blev navngivet sådan på grund af princippet om drift. I dette tilfælde falder området, der er placeret direkte mellem strømtransformatorerne, ind i beskyttelseszonen. I tilfælde af at der er en kortslutning i beskyttelseszonen, når den forsynes fra den ene side af transformeren, strømmer strømmen I1 gennem viklingen af det elektromagnetiske relæ. Det sendes til transformatorens sekundære kredsløb, som er installeret på den anden side af linjen. Det er nødvendigt at være opmærksom på, at der er en meget høj modstand i den sekundære vikling. Derfor løber der næsten ingen strøm gennem den. Ifølge dette princip fungerer den differentielle beskyttelse af dæk, generatorer, transformere. I tilfælde af, at I1 viser sig at være lig med eller større end Ir, begynder beskyttelsen at fungere og åbner kontaktgruppen af kontakter.

Kortslutnings- og kredsløbsbeskyttelse

I tilfælde af en kortslutning inde i det beskyttede område, beggesider, strømmer en strøm gennem det elektromagnetiske relæ, svarende til summen af strømmene i hver vikling. I dette tilfælde aktiveres beskyttelsen også ved at åbne kontakternes kontakter. Alle ovenstående eksempler antager, at alle transformatorernes tekniske parametre er nøjagtig de samme. Derfor er jegr=0. Men disse er ideelle forhold, i virkeligheden, på grund af små forskelle i ydeevnen af magnetiske systemer af primærstrømme, adskiller elektriske apparater sig væsentligt fra hinanden, selv af samme type. Hvis der er forskelle i karakteristika for strømtransformatorer (når differensfasebeskyttelse af strukturen er implementeret), vil strømmene i de sekundære kredsløb afvige, selvom de primære er absolut de samme. Nu skal vi overveje, hvordan differentialbeskyttelseskredsløbet fungerer i tilfælde af en ekstern kortslutning på strømledningen.

Ekstern kortslutning

langsgående linje differential beskyttelse
langsgående linje differential beskyttelse

I tilstedeværelse af en ekstern kortslutning vil en ubalancestrøm strømme gennem det elektromagnetiske relæ til differentialbeskyttelse. Dens værdi afhænger direkte af, hvilken strøm der passerer gennem transformatorens primære kredsløb. I normal belastningstilstand er dens værdi lille, men i nærvær af en ekstern kortslutning begynder den at stige. Dens værdi afhænger også af tiden efter fejlens start. Desuden bør den nå sin maksimale værdi i de første par perioder efter starten af lukningen. Det var på dette tidspunkt, at hele kortslutningen I strømmer gennem transformatorernes primære kredsløb.

Det er også værd at bemærke, at kortslutning i første omgang består af to typer strøm - direkte og vekselstrøm. De kaldes ogsåaperiodiske og periodiske komponenter. Differentialbeskyttelsesanordningen er sådan, at tilstedeværelsen af en aperiodisk komponent i strømmen altid skal forårsage overdreven mætning af transformatorens magnetiske system. Som følge heraf øges ubalancepotentialeforskellen kraftigt. Efterhånden som kortslutningsstrømmen begynder at falde, falder systemets ubalanceværdi også. I henhold til dette princip udføres differentiel beskyttelse af transformeren.

Følsomhed af beskyttelsesstrukturer

differensfasebeskyttelse
differensfasebeskyttelse

Alle typer differentialbeskyttelse er hurtigvirkende. Og de fungerer ikke i nærvær af eksterne kortslutninger, så det er nødvendigt at vælge elektromagnetiske relæer under hensyntagen til den maksim alt mulige ubalancestrøm i systemet i nærvær af en ekstern kortslutning. Det er værd at være opmærksom på, at denne type beskyttelse har en ekstrem lav følsomhed. For at øge den skal du opfylde mange betingelser. For det første er det nødvendigt at bruge strømtransformatorer, der ikke mætter de magnetiske kredsløb i det øjeblik, hvor strømmen løber gennem det primære kredsløb (uanset dets værdi). For det andet er det ønskeligt at bruge hurtigmættende elektriske apparater. De skal forbindes til de sekundære viklinger af de elementer, der skal beskyttes. Et elektromagnetisk relæ er forbundet til en hurtigmættende transformer (den aktuelle differensbeskyttelse bliver så pålidelig som muligt) parallelt med dens sekundære vikling. Sådan fungerer generator- eller transformatordifferentialbeskyttelse.

Øg følsomheden

samleskinne differential beskyttelse
samleskinne differential beskyttelse

Antag, at der er opstået en ekstern kortslutning. I dette tilfælde løber en vis strøm gennem de primære kredsløb af beskyttende transformatorer, der består af aperiodiske og periodiske komponenter. De samme "komponenter" er til stede i den ubalancestrøm, der strømmer gennem primærviklingen af en hurtigt mættende transformer. I dette tilfælde mætter den aperiodiske komponent af strømmen væsentligt kernen. Derfor forekommer transformationen af strømmen til det sekundære kredsløb ikke. Med dæmpningen af den aperiodiske komponent forekommer et betydeligt fald i mætning af det magnetiske kredsløb, og gradvist begynder en vis strømværdi at dukke op i det sekundære kredsløb. Men det maksimale niveau af ubalancestrøm vil være meget mindre end i fravær af en hurtigmættende transformer. Derfor kan du øge følsomheden ved at indstille beskyttelsesstrømværdien mindre end eller lig med den maksimale værdi af ubalancepotentialeforskellen.

Differentialbeskyttelses positive kvaliteter

I de første perioder er det magnetiske kredsløb mættet meget stærkt, transformationen sker praktisk t alt ikke. Men efter den aperiodiske komponent henfalder, begynder den periodiske del at transformere sig i det sekundære kredsløb. Det er værd at være opmærksom på, at det er meget vigtigt. Derfor fungerer det elektromagnetiske relæ og slukker for det beskyttede kredsløb. Et meget lavt transformationsniveau i de første ca. halvanden tidsrum sænker beskyttelseskredsløbets virkning. Men dette spiller ikke nogen stor rolle i konstruktionen af praktiske kredsløbsbeskyttelseskredsløb.

Transformerdifferentialbeskyttelse virker ikke i tilfælde, hvor der er skader på det elektriske kredsløb uden for beskyttelseszonen. Derfor er tidsforsinkelse og selektivitet ikke påkrævet. Beskyttelsesresponstiden varierer fra 0,05 til 0,1 sekunder. Dette er en stor fordel ved denne type differentialbeskyttelse. Men der er en anden fordel - en meget høj grad af følsomhed, især når du bruger en hurtigmættende transformer. Blandt de mindre fordele er det værd at bemærke, såsom enkelhed og meget høj pålidelighed.

Negative egenskaber

differentialbeskyttelseskredsløb
differentialbeskyttelseskredsløb

Men både langsgående og tværgående differentialbeskyttelse har ulemper. For eksempel er den ikke i stand til at beskytte det elektriske kredsløb, når den udsættes for kortslutninger udefra. Den er heller ikke i stand til at åbne det elektriske kredsløb, når den udsættes for en kraftig overbelastning.

Desværre kan beskyttelsen virke, hvis hjælpekredsløbet er beskadiget, som sekundærviklingen er tilsluttet. Men alle fordelene ved differentiel beskyttelse med cirkulerende strøm afbryder disse mindre ulemper. Men de er i stand til at beskytte elledninger af meget kort længde, ikke mere end en kilometer.

linjedifferentialbeskyttelse
linjedifferentialbeskyttelse

De bruges meget ofte til implementering af beskyttelse af ledninger, ved hjælp af hvilke forskellige enheder, der er nødvendige for driften af kraftværker og generatorer, drives. I tilfælde af, at elledningens længde er meget stor, er der for eksempel tale om flere tiere kilometer, beskyttelse iflg.dette kredsløb er meget vanskeligt at udføre, da det er nødvendigt at bruge ledninger med et meget stort tværsnit til at forbinde elektromagnetiske relæer og sekundærviklingen af transformere.

Hvis du bruger standard ledninger, så vil belastningen på strømtransformatorerne være for stor, samt ubalancestrømmen. Men hvad angår følsomheden, viser den sig at være ekstremt lav.

Design af beskyttelsesrelæer og omfang af kredsløb

differentiel beskyttelsesanordning
differentiel beskyttelsesanordning

I meget lange elledninger bruges et kredsløb, hvori der er et beskyttende relæ af et specielt design. Med det kan du give et norm alt niveau af følsomhed og bruge standardforbindelsesledninger. Tværgående differentialbeskyttelse virker ved at sammenligne strømmen i to linjer i faser og størrelser.

Højhastighedsdifferentialbeskyttelse bruges i elledninger, hvor spændingen flyder i området 3-35 tusinde volt. Dette giver pålidelig beskyttelse mod fase-til-fase kortslutning. Differentialbeskyttelsen udføres som tofaset på grund af det faktum, at strømnettet med ovennævnte driftsspændinger ikke er jordet af neutrale. Ellers er neutralen forbundet til jord ved hjælp af en lysbue.

Hjælpende ledninger i designet af beskyttelseskredsløb

funktionsprincip for differentiel beskyttelse
funktionsprincip for differentiel beskyttelse

Strømtransformatorer er i relativ nærhed af hinanden. Derfor er hjælpeledningerne ret korte. Ved brug af ledninger med lille diameter påtransformere vil blive udsat for en relativt lav belastning. Hvad angår ubalancestrømmen, er den også lille. Men graden af følsomhed er meget høj. I tilfælde af afbrydelse af en ledning bliver differentialbeskyttelsen aktuel, der er ingen tidsforsinkelse og selektivitet. For at forhindre falske alarmer afbryder linjehjælpekontakter kredsløbet.

Straverse kredsløbsdifferentialbeskyttelse

generator differential beskyttelse
generator differential beskyttelse

Tværgående beskyttelse er meget brugt i udviklingen af linjesystemer, der opererer parallelt. Afbrydere er installeret på begge sider af ledningen. Den nederste linje er, at sådanne linjer er meget svære at beskytte med simple kredsløb. Årsagen er, at det er umuligt at opnå et norm alt niveau af selektivitet. For at forbedre selektiviteten skal tidsforsinkelsen vælges omhyggeligt. Men i tilfælde af brug af en tværgående differentialbeskyttelse er tidsforsinkelsen ikke nødvendig, selektiviteten er ret høj. Hun har store organer:

  1. Strømretning. Dobbeltvirkende effektretningsrelæer bruges ofte. Nogle gange bruges et par enkeltvirkende differentialbeskyttelsesrelæer, der fungerer med forskellige effektretninger.
  2. Start - som regel bruges højhastighedsrelæer med den maksim alt mulige strøm i sin rolle.

Systemets design er således, at strømtransformatorer med sekundære viklinger forbundet i et cirkulerende strømkredsløb er installeret på ledningerne. Men alle strømviklingerne tændes i serie, efterhvad de er forbundet ved hjælp af yderligere ledninger til strømtransformatorerne. For at differensfasebeskyttelsen skal fungere, tilføres spænding til relæet ved hjælp af installationernes samleskinner. Det er på dem, at hele sættet er installeret. Hvis du ser på kredsløbet til at tænde for transformatorernes sekundære kredsløb og et beskyttelsesrelæ, kan vi konkludere, hvorfor det kaldes "dirigeret otte". Hele systemet er lavet i to sæt. Der er et sæt i hver ende af ledningen, som giver strømdifferentialbeskyttelse til elledningen.

Enfaset relækredsløb

tværgående differentialbeskyttelse
tværgående differentialbeskyttelse

Spænding til beskyttelsesrelæet leveres i omvendt fase til, hvad der er nødvendigt for at afbryde en linje med skade. Ved normal drift (inklusive ved tilstedeværelse af en ekstern kortslutning) løber kun ubalancestrømmen gennem relæviklingerne. For at undgå fejludkoblinger er det nødvendigt, at startrelæerne har en udløsningsstrøm, der er større end ubalancestrømmen. Overvej arbejdet med at beskytte to linjer.

I begyndelsen af kortslutningen løber der noget strøm i beskyttelseszonen på den anden linje. Det er værd at være opmærksom på, at:

  1. Startrelæ aktiveret.
  2. På siden af en understation åbner strømretningsrelæet afbryderkontakterne.
  3. Fra siden af den anden understation er ledningen også afbrudt ved hjælp af afbrydere.
  4. I effektretningsrelæet er drejningsmomentet negativt, derfor er kontakterne åbne.

I viklingerne af førstelinjebeskyttelsesrelæetretningen af strømbevægelsen ændres (i forhold til den første linje) under en kortslutning. Strømretningsrelæet holder kontaktgruppen i åben tilstand. Afbryderne på siden af begge understationer åbner.

Kun en sådan linjedifferentialbeskyttelse kan kun fungere korrekt, når begge linjer kører parallelt. I tilfælde af at en af dem er slukket, overtrædes princippet om driften af differentialbeskyttelsen. Som følge heraf fører yderligere beskyttelse til ikke-selektiv nedlukning af den anden linje under eksterne kortslutninger. I dette tilfælde bliver det en almindelig retningsstrøm, og den har ikke en tidsforsinkelse. For at undgå dette deaktiveres den tværgående beskyttelse automatisk under afbrydelsen af en linje ved at bryde kredsløbet med hjælpekontakten.

Yderligere typer beskyttelse

differentialbeskyttelsesrelæ
differentialbeskyttelsesrelæ

Udløserstrømmene for startrelæerne skal være større end ubalancestrømmene under en ekstern kortslutning. For at undgå falske positiver, når en af linjerne er afbrudt, og den maksimale belastningsstrøm passerer gennem den resterende, er det nødvendigt, at den er større end ubalancespotentialeforskellen. Hvis der er en tværgående type differentialbeskyttelse på strækningen, skal der gives yderligere grader.

De vil tillade, at én linje beskyttes, når den parallelle er slukket. Typisk bruges de til overstrømsbeskyttelse under en ekstern kortslutning (i dette tilfælde reagerer differentialbeskyttelsen ikke). Derudover ekstra beskyttelseer en backup til differentialet (hvis sidstnævnte mislykkedes).

differensstrømbeskyttelse
differensstrømbeskyttelse

Retningsbestemt og ikke-retningsbestemt strømbeskyttelse, afbrydelser osv. Der bruges ofte tværgående differentialbeskyttelse er enkel i designet, meget pålidelig og har været meget udbredt i strømnetværk med spændinger på 35 tusinde volt eller mere. Sådan fungerer differentialbeskyttelse, dets funktionsprincip er ret simpelt, men du skal stadig kende i det mindste det grundlæggende i elektroteknik for at forstå alle forviklingerne.

Anbefalede: