W artykule dowiesz się, czym jest ochrona różnicowa, jak działa, jakie ma pozytywne cechy. Opowie również o wadach zabezpieczenia różnicowego linii energetycznych. Poznasz również praktyczne schematy ochrony urządzeń i linii energetycznych.
Różnicowy rodzaj ochrony jest obecnie uważany za najbardziej powszechny i najszybszy. Jest w stanie chronić system przed zwarciami międzyfazowymi. A w tych systemach, które używają solidnie uziemionego przewodu neutralnego, może łatwo zapobiec występowaniu zwarć jednofazowych. Zabezpieczenie różnicowe jest stosowane do ochrony linii energetycznych, silników dużej mocy, transformatorów, generatorów.
Istnieją w sumie dwa rodzaje ochrony różnicowej:
- Napięcia równoważą się nawzajem.
- Z prądem krążącym.
Ten artykuł będzieoba te rodzaje ochrony różnicowej są brane pod uwagę, aby dowiedzieć się o nich jak najwięcej.
Zabezpieczenie różnicowe za pomocą prądów krążących
Zasadą jest porównywanie prądów. A mówiąc dokładniej, porównanie parametrów znajduje się na początku elementu, którego ochrona jest wykonywana, jak i na końcu. Ten schemat jest stosowany w realizacji typu podłużnego i poprzecznego. Te pierwsze służą do zapewnienia bezpieczeństwa pojedynczej linii zasilającej, silników elektrycznych, transformatorów, generatorów. Zabezpieczenie wzdłużnej linii różnicowej jest bardzo powszechne we współczesnej energetyce. Drugi rodzaj zabezpieczenia różnicowego jest stosowany w przypadku korzystania z linii elektroenergetycznych pracujących równolegle.
Wdłużna ochrona różnicowa linii i urządzeń
Aby wdrożyć ochronę typu wzdłużnego, konieczne jest zainstalowanie tych samych przekładników prądowych na obu końcach. Ich uzwojenia wtórne należy połączyć szeregowo za pomocą dodatkowych przewodów elektrycznych, które należy podłączyć do przekaźników prądowych. Ponadto te przekaźniki prądowe muszą być połączone równolegle z uzwojeniami wtórnymi. W normalnych warunkach, a także w przypadku zwarcia zewnętrznego, w obu uzwojeniach pierwotnych transformatorów popłynie ten sam prąd, który będzie jednakowy zarówno pod względem fazy, jak i wielkości. Nieco mniejsza wartość przepłynie przez uzwojenie prądu elektromagnetycznego przekaźnika. Możesz to obliczyć za pomocą prostego wzoru:
Ir=I1-I2.
Załóżmy, że zależności prądowe transformatorów będą całkowicie zgodne. Dlatego wspomniana wcześniej różnica w wartościach prądu jest bliska lub równa zeru. Innymi słowy, Ir=0 i ochrona nie działa w tej chwili. Okablowanie pomocnicze, które łączy uzwojenia wtórne transformatorów, krąży prądem.
Schemat zabezpieczenia różnicowego typu wzdłużnego
Ten różnicowy obwód zabezpieczający umożliwia uzyskanie równych wartości prądów płynących przez obwód wtórny transformatorów. Na tej podstawie możemy stwierdzić, że ten schemat ochrony został tak nazwany ze względu na zasadę działania. W takim przypadku obszar, który znajduje się bezpośrednio między przekładnikami prądowymi, wchodzi w strefę ochrony. W przypadku zwarcia w strefie ochronnej, przy zasilaniu z jednej strony transformatora, prąd I1 przepływa przez uzwojenie przekaźnika elektromagnetycznego. Jest przesyłany do obwodu wtórnego transformatora, który jest zainstalowany po drugiej stronie linii. Należy zwrócić uwagę na bardzo dużą rezystancję w uzwojeniu wtórnym. Dlatego prawie nie przepływa przez nią prąd. Zgodnie z tą zasadą działa różnicowa ochrona opon, generatorów, transformatorów. W przypadku, gdy I1 okaże się równe lub większe niż Ir, zabezpieczenie zaczyna działać, otwierając grupę styków przełączników.
Zabezpieczenie przed zwarciem i obwodem
W przypadku zwarcia wewnątrz chronionego obszaru, obaboki, prąd przepływa przez przekaźnik elektromagnetyczny, równy sumie prądów każdego uzwojenia. W takim przypadku ochrona jest również aktywowana poprzez otwarcie styków przełączników. Wszystkie powyższe przykłady zakładają, że wszystkie parametry techniczne transformatorów są dokładnie takie same. Dlatego Ir=0. Ale są to idealne warunki, w rzeczywistości, ze względu na niewielkie różnice w wydajności układów magnetycznych prądów pierwotnych, urządzenia elektryczne znacznie różnią się od siebie, nawet tego samego typu. W przypadku różnic w charakterystyce przekładników prądowych (przy realizacji zabezpieczenia różnicowo-fazowego konstrukcji) prądy obwodów wtórnych będą się różnić, nawet jeśli pierwotne są absolutnie takie same. Teraz musimy zastanowić się, jak działa różnicowy obwód zabezpieczający w przypadku zewnętrznego zwarcia na linii energetycznej.
Zewnętrzne zwarcie
W przypadku zewnętrznego zwarcia prąd niezrównoważenia będzie przepływał przez przekaźnik elektromagnetyczny zabezpieczenia różnicowego. Jego wartość zależy bezpośrednio od tego, jaki prąd przepływa przez obwód pierwotny transformatora. W normalnym trybie obciążenia jego wartość jest niewielka, ale w przypadku zewnętrznego zwarcia zaczyna się zwiększać. Jego wartość zależy również od czasu po wystąpieniu usterki. Co więcej, powinna osiągnąć maksymalną wartość w pierwszych kilku okresach po rozpoczęciu zamknięcia. W tym czasie całe zwarcie I przepływa przez pierwotne obwody transformatorów.
Warto również zauważyć, że na pierwsze zwarcie I składa się z dwóch rodzajów prądu - stałego i przemiennego. Nazywa się je równieżskładniki aperiodyczne i okresowe. Zabezpieczenie różnicowe jest takie, że obecność nieokresowej składowej w prądzie musi zawsze powodować nadmierne nasycenie układu magnetycznego transformatora. W konsekwencji różnica potencjałów niewyważenia gwałtownie wzrasta. Gdy prąd zwarciowy zaczyna spadać, zmniejsza się również wartość asymetrii układu. Zgodnie z tą zasadą realizowane jest zabezpieczenie różnicowe transformatora.
Wrażliwość konstrukcji ochronnych
Wszystkie rodzaje zabezpieczeń różnicowych działają szybko. I nie działają w obecności zewnętrznych zwarć, dlatego konieczne jest dobranie przekaźników elektromagnetycznych, biorąc pod uwagę maksymalny możliwy prąd asymetrii w systemie w przypadku zewnętrznego zwarcia. Warto zwrócić uwagę na fakt, że ten rodzaj ochrony ma wyjątkowo niską czułość. Aby ją zwiększyć, musisz spełnić wiele warunków. Po pierwsze konieczne jest zastosowanie przekładników prądowych, które nie nasycają obwodów magnetycznych w momencie przepływu prądu przez obwód pierwotny (niezależnie od jego wartości). Po drugie, pożądane jest stosowanie urządzeń elektrycznych typu szybko nasycającego się. Muszą być podłączone do uzwojeń wtórnych chronionych elementów. Przekaźnik elektromagnetyczny jest podłączony do szybko nasycającego się transformatora (zabezpieczenie różnicowe prądu staje się jak najbardziej niezawodne) równolegle z jego uzwojeniem wtórnym. Tak działa zabezpieczenie różnicowe generatora lub transformatora.
Zwiększ czułość
Załóżmy, że wystąpiło zewnętrzne zwarcie. W tym przypadku przez obwody pierwotne transformatorów ochronnych, składające się z elementów aperiodycznych i okresowych, płynie pewien prąd. Te same „elementy” są obecne w prądzie asymetrii, który przepływa przez uzwojenie pierwotne szybko nasycającego się transformatora. W tym przypadku aperiodyczna składowa prądu znacznie nasyca rdzeń. Dlatego transformacja prądu w obwód wtórny nie występuje. Wraz z tłumieniem składowej aperiodycznej następuje znaczny spadek nasycenia obwodu magnetycznego i stopniowo zaczyna pojawiać się pewna wartość prądu w obwodzie wtórnym. Ale maksymalny poziom prądu asymetrii będzie znacznie mniejszy niż w przypadku braku szybko nasycającego się transformatora. Dlatego można zwiększyć czułość, ustawiając wartość prądu zabezpieczenia mniejszą lub równą maksymalnej wartości różnicy potencjałów asymetrii.
Pozytywne cechy ochrony różnicowej
Podczas pierwszych okresów obwód magnetyczny jest bardzo mocno nasycony, transformacja praktycznie nie zachodzi. Ale po zaniku składowej aperiodycznej, część okresowa zaczyna się przekształcać w obwodzie wtórnym. Warto zwrócić uwagę na to, że jest to bardzo ważne. Dlatego przekaźnik elektromagnetyczny działa i wyłącza chroniony obwód. Bardzo niski poziom transformacji przez pierwsze około półtora okresu czasu spowalnia działanie obwodu zabezpieczającego. Ale nie odgrywa to dużej roli w budowie praktycznych obwodów ochronnych.
Zabezpieczenie różnicowe transformatora nie działa w przypadku uszkodzenia obwodu elektrycznego poza strefą ochrony. Dlatego opóźnienie czasowe i selektywność nie są wymagane. Czas reakcji zabezpieczenia wynosi od 0,05 do 0,1 sekundy. To ogromna zaleta tego typu zabezpieczenia różnicowego. Ale jest jeszcze jedna zaleta – bardzo wysoki stopień czułości, zwłaszcza przy zastosowaniu szybko nasycającego się transformatora. Wśród mniejszych zalet warto zwrócić uwagę na prostotę i bardzo wysoką niezawodność.
Właściwości negatywne
Ale zarówno podłużne, jak i poprzeczne zabezpieczenia różnicowe mają wady. Na przykład nie jest w stanie chronić obwodu elektrycznego, gdy jest wystawiony na zwarcia z zewnątrz. Ponadto nie jest w stanie otworzyć obwodu elektrycznego pod wpływem silnego przeciążenia.
Niestety zabezpieczenie może działać w przypadku uszkodzenia obwodu pomocniczego, do którego podłączone jest uzwojenie wtórne. Ale wszystkie zalety ochrony różnicowej z prądem krążącym przerywają te drobne wady. Ale są w stanie chronić linie energetyczne o bardzo krótkich długościach, nie dłuższych niż kilometr.
Są bardzo często wykorzystywane przy realizacji zabezpieczeń przewodów, za pomocą których zasilane są różne urządzenia niezbędne do pracy elektrowni i generatorów. W przypadku, gdy długość linii elektroenergetycznej jest bardzo duża, na przykład kilkadziesiąt kilometrów, ochrona wgobwód ten jest bardzo trudny do wykonania, ponieważ konieczne jest zastosowanie przewodów o bardzo dużym przekroju do podłączenia przekaźników elektromagnetycznych i uzwojenia wtórnego transformatorów.
Jeśli używasz standardowych przewodów, obciążenie przekładników prądowych będzie zbyt duże, podobnie jak prąd asymetrii. Ale jeśli chodzi o czułość, okazuje się, że jest ekstremalnie niska.
Projekty przekaźników zabezpieczeniowych i zakres obwodów
W bardzo długich liniach energetycznych stosuje się obwód, w którym znajduje się przekaźnik ochronny o specjalnej konstrukcji. Dzięki niemu możesz zapewnić normalny poziom czułości i użyć standardowych przewodów połączeniowych. Poprzeczne zabezpieczenie różnicowe działa poprzez porównanie prądu w dwóch liniach w fazach i wielkościach.
Szybkie zabezpieczenie różnicowe stosowane jest w liniach elektroenergetycznych, w których płynie napięcie w zakresie 3-35 tys. woltów. Zapewnia to niezawodną ochronę przed zwarciem międzyfazowym. Zabezpieczenie różnicowe realizowane jest dwufazowo ze względu na to, że sieć elektroenergetyczna o powyższych napięciach roboczych nie jest uziemiona przewodami neutralnymi. W przeciwnym razie przewód neutralny jest połączony z ziemią za pomocą komory łukowej.
Przewody pomocnicze w projektowaniu obwodów ochronnych
Przekładniki prądowe znajdują się stosunkowo blisko siebie. Dlatego przewody pomocnicze są dość krótkie. W przypadku używania drutów o małej średnicy natransformatory będą narażone na stosunkowo niskie obciążenie. Jeśli chodzi o prąd asymetrii, to też jest mały. Ale stopień wrażliwości jest bardzo wysoki. W przypadku odłączenia którejkolwiek linii zabezpieczenie różnicowe staje się prądowe, nie ma zwłoki czasowej i selektywności. Aby zapobiec fałszywym alarmom, styki pomocnicze linii rozłączają obwód.
Zabezpieczenie różnicowe obwodu poprzecznego
Ochrona poprzeczna jest szeroko stosowana w rozwoju systemów liniowych działających równolegle. Przełączniki są zainstalowane po obu stronach linii. Najważniejsze jest to, że takie linie są bardzo trudne do ochrony za pomocą prostych obwodów. Powodem jest to, że niemożliwe jest osiągnięcie normalnego poziomu selektywności. Aby poprawić selektywność, opóźnienie czasowe musi być starannie dobrane. Jednak w przypadku zastosowania poprzecznie skierowanego zabezpieczenia różnicowego opóźnienie czasowe nie jest potrzebne, selektywność jest dość wysoka. Ma główne organy:
- Kierunek zasilania. Często stosowane są przekaźniki kierunku mocy dwustronnego działania. Czasami używa się pary przekaźników różnicowych jednostronnego działania, które działają z różnymi kierunkami zasilania.
- Uruchamianie - z reguły w jego roli wykorzystywane są szybkie przekaźniki o maksymalnym możliwym prądzie.
Konstrukcja systemu jest taka, że na liniach zainstalowane są przekładniki prądowe z uzwojeniami wtórnymi połączonymi w obwód prądu krążącego. Ale wszystkie uzwojenia prądowe są włączane szeregowo, poco są połączone za pomocą dodatkowych przewodów do przekładników prądowych. W celu zadziałania zabezpieczenia różnicowo-fazowego do przekaźnika doprowadzane jest napięcie za pomocą szyn zbiorczych instalacji. To na nich zainstalowany jest cały zestaw. Jeśli spojrzysz na obwód do włączania obwodów wtórnych transformatorów i przekaźnika ochronnego, możemy wywnioskować, dlaczego nazywa się go „kierowaną ósemką”. Cały system składa się z dwóch zestawów. Na każdym końcu linii znajduje się jeden zestaw, który zapewnia ochronę różnicową prądu dla linii elektroenergetycznej.
Jednofazowy obwód przekaźnika
Napięcie do przekaźnika zabezpieczeniowego jest dostarczane w odwrotnej fazie do tego, co jest potrzebne do odłączenia jednej linii z uszkodzeniem. W normalnej pracy (również w przypadku zewnętrznego zwarcia) przez uzwojenia przekaźnika przepływa tylko prąd asymetrii. Aby uniknąć fałszywych wyłączeń, konieczne jest, aby przekaźniki rozruchowe miały prąd zadziałania większy niż prąd asymetrii. Rozważ pracę polegającą na ochronie dwóch linii.
Na początku zwarcia część prądu płynie w strefie ochronnej drugiej linii. Warto zwrócić uwagę na fakt, że:
- Włączony przekaźnik startowy.
- Po stronie jednej podstacji przekaźnik kierunku zasilania otwiera styki wyłącznika.
- Od strony drugiej podstacji linia jest również odłączana za pomocą przełączników.
- W przekaźniku kierunku zasilania moment jest ujemny, dlatego styki są otwarte.
W uzwojeniach przekaźnika zabezpieczającego pierwszej liniikierunek przepływu prądu zmienia się (względem pierwszej linii) podczas zwarcia. Przekaźnik kierunku zasilania utrzymuje grupę styków w stanie otwartym. Wyłączniki po stronie obu podstacji otwierają się.
Tylko takie zabezpieczenie różnicowe linii może działać poprawnie tylko wtedy, gdy obie linie działają równolegle. W przypadku wyłączenia jednego z nich naruszona zostaje zasada działania zabezpieczenia różnicowego. W konsekwencji dalsza ochrona prowadzi do nieselektywnego wyłączania drugiej linii podczas zewnętrznych zwarć. W tym przypadku staje się zwykłym prądem kierunkowym i nie ma opóźnienia czasowego. Aby tego uniknąć, zabezpieczenie międzykierunkowe jest automatycznie wyłączane podczas odłączania jednej linii poprzez rozłączenie obwodu ze stykiem pomocniczym.
Dodatkowe rodzaje ochrony
Prądy wyzwalające przekaźników rozruchowych muszą być większe niż prądy asymetrii podczas zewnętrznego zwarcia. Aby uniknąć fałszywych alarmów, gdy jedna z linii jest odłączona, a przez drugą przepływa maksymalny prąd obciążenia, konieczne jest, aby był on większy niż różnica potencjałów asymetrii. Jeśli na linii występuje poprzeczne zabezpieczenie różnicowe, należy zapewnić dodatkowe stopnie.
Pozwolą one na ochronę jednej linii, gdy równoległa jest wyłączona. Zazwyczaj są one używane do zabezpieczenia nadprądowego podczas zewnętrznego zwarcia (w tym przypadku zabezpieczenie różnicowe nie reaguje). Dodatkowo dodatkowa ochronajest kopią zapasową mechanizmu różnicowego (jeśli ta ostatnia nie powiodła się).
Często stosuje się kierunkowe i bezkierunkowe zabezpieczenia prądowe, odcięcia itp. Międzykierunkowe zabezpieczenie różnicowe jest proste w konstrukcji, bardzo niezawodne i jest szeroko stosowane w sieciach energetycznych o napięciu 35 tysięcy woltów lub jeszcze. Tak działa zabezpieczenie różnicowe, jego zasada działania jest dość prosta, ale aby zrozumieć wszystkie zawiłości, trzeba znać przynajmniej podstawy elektrotechniki.
