Diferenční ochrana: princip činnosti, zařízení, obvod. Diferenční ochrana transformátoru. Podélná diferenciální ochrana

V článku se dozvíte, jaká je diferenciální ochrana, jak to funguje, jaké pozitivní vlastnosti má. Dále bude řečeno, jaké jsou nevýhody ochrany obranné linky. Dále se seznámíte s praktickými způsoby ochrany zařízení a elektrických vedení.

Diferenciální typ ochrany v současnosti je považován za nejběžnější a rychlejší. Je schopen chránit systém před poruchami fáze-fáze. A v těch systémech, které používají smrtelně uzemněná neutrální, může snadno zabránit jednofázovému zkratu. Diferenční typ ochrany se používá k ochraně elektrických vedení, motorů s vysokým výkonem, transformátorů, generátorů.

V podstatě existují dva typy ochrany proti rozdílu:

1. S napětím, které se vyrovnávají.
2. S cirkulačním proudem.

Tento článek zkoumá oba tyto druhy obrany, aby se o nich co nejvíce naučil.

Difúzní ochrana s použitím cirkulačních proudů

Princip je, že proudy jsou porovnávány. Nebo přesněji řečeno, je srovnání parametrů na začátku prvku, které jsou chráněny, a na konci. Tato schéma je použita při realizaci podélného typu a příčné. První slouží k zajištění bezpečnosti jediného přenosového vedení, elektromotorů, transformátorů, generátorů. Podélná diferenciální ochrana vedení je velmi běžná v moderním průmyslu elektrické energie. Druhý typ diferenciální ochrany se používá při použití paralelních elektrických vedení.

Podélná diferenciální ochrana vedení a zařízení

K ochraně podélného typu je nutné vytvořit na obou koncích stejné proudové transformátory. Jejich sekundární vinutí by měly být vzájemně propojeny sériově pomocí dodatečných elektrických vodičů, které potřebují připojit proudová relé. A tato proudová relé musí být paralelně připojena k sekundárním vinutím. Za normálních podmínek a v přítomnosti externího zkratu v primárním vinutí obou transformátorů poteče stejný proud, který se bude rovnat jak fázi a velikosti. Podle elektromagnetického vinutí proud relé bude proudit o něco méně než jeho hodnota. Můžete jej vypočítat pomocí jednoduchého vzorce:

I_r= I₁-I₂.

Předpokládejme, že současné závislosti transformátorů se zcela shodují. V důsledku toho je výše uvedený rozdíl v hodnotách proudu blízký nebo rovný nule. Jinými slovy, já_r= 0 a ochrana v tomto okamžiku nefunguje. V pomocném vedení, které spojuje sekundární vinutí transformátorů, proudí proud.

Schéma podélného typu diferenciální ochrany

Taková schéma diferenciální ochrany umožňuje získat hodnoty proudů, které protékají sekundárním okruhem transformátorů, stejně velké. Vycházíme z toho, že tento systém ochrany byl pojmenován tak, že se jednalo o princip akce. V tomto případě oblast, která je přímo mezi proudovými transformátory, vstupuje do ochranné zóny. V případě, že dojde k zkratu, v ochranném pásmu, když je napájen proud z jedné strany transformátoru, prochází proud elektromagnetického relé vinutím elektromagnetického relé₁. Vysílá se do sekundárního obvodu transformátoru, který je instalován na druhé straně linky. Je třeba věnovat pozornost skutečnosti, že v sekundárním vinutí je velký odpor. V důsledku toho tento proud prakticky neprůstává. Na tomto principu funguje diferenciální ochrana pneumatik, generátorů a transformátorů. V případě, kdy jsem₁ bude rovno nebo větší než já_r, ochrana začne fungovat a vyvolá otevření kontaktní skupiny přepínačů.

Ochrana proti zkratu a obvodu

V případě zkratu uvnitř chráněné oblasti, po obou stranách elektromagnetické relé proud se rovná součtu proudů každého vinutí. V tomto případě se aktivuje také ochrana, která přerušuje kontakty spínačů. Všechny výše uvedené příklady předpokládají, že všechny technické parametry transformátorů jsou zcela totožné. V důsledku toho jsem_r= 0. Ale to jsou ideální podmínky, ve skutečnosti, protože malé rozdíly ve výkonu magnetických systémů primárních proudů, elektrické spotřebiče se od sebe navzájem značně liší, a to i stejného typu. Pokud existují rozdíly ve vlastnostech transformátory proudu (li provedena konstrukce diferenciální ochrana-fáze), se bude velikost sekundárního okruhu proudů být různé, a to i v případě, že původní je přesně stejná. Teď musíme zvážit, jak funguje obvod diferenciální ochrany s vnějším zkratem na napájecím vedení.

Externí zkrat

Jestliže externí zkrat prostřednictvím elektromagnetického relé bude difzaschity nevyváženost proudu. Jeho hodnota přímo závisí na tom, jaký proud prochází primárním okruhem transformátoru. V normálním režimu zatížení je jeho hodnota malá, ale za přítomnosti vnějšího zkratu se začíná zvyšovat. Jeho hodnota také závisí na čase po začátku poruchy. A maximální hodnota by měla dosáhnout v prvních několika obdobích po zahájení uzavření. V tuto chvíli proudí celý okruh transformátorů primárními obvody transformátorů.

Je také třeba poznamenat, že první I SC se skládá ze dvou typů proudu - konstantní a střídající se. Jsou také nazývány aperiodické a periodické komponenty. Zařízení pro diferenciální ochranu je takové, že přítomnost neperiodické složky v proudu musí vždy způsobit nadměrnou saturaci magnetického systému transformátoru. V důsledku toho se rozdíl v potenciálech nevyváženosti prudce zvyšuje. Když se zkratový proud začne snižovat, hodnota nesymetrie systému se také snižuje. Tímto principem se provádí diferenciální ochrana transformátoru.

Citlivost ochranných konstrukcí

Všechny typy diferenciální ochrany jsou vysokorychlostní. A nepracují za přítomnosti vnějších zkratů, proto je nutné zvolit elektromagnetické relé, přičemž se bere v úvahu maximální možný nevyvážený proud v systému za přítomnosti vnějšího zkratu. Stojí za pozornost skutečnost, že ochrana tohoto typu je extrémně nízká. Chcete-li ji zvýšit, musíte splnit mnoho podmínek. Nejprve je nutné použít proudové transformátory, které nenasycují magnetické obvody v okamžiku, kdy protéká proudem primárního okruhu (bez ohledu na jeho hodnotu). Za druhé, je žádoucí používat elektrické spotřebiče rychle saturačního typu. Musí být připojeny ke sekundárním vinutím prvků, které jsou chráněny. Elektromagnetické relé je připojeno k rychle fungujícímu transformátoru (ochrana diferenciálního proudu je maximálně spolehlivá) paralelně s jeho sekundárním vinutím. Tak funguje diferenciální ochrana generátoru nebo transformátoru.

Zvýšená citlivost

Předpokládejme, že došlo k externí poruše. Zároveň proudí některé proudy primárními obvody ochranných transformátorů, které se skládají z neperiodických a periodických komponent. Stejné "součásti" jsou přítomny v nevyváženém proudu, který proudí primárním vinutím rychle působícího transformátoru. V tomto případě, aperiodická složka proudu výrazně nasytí jádro. V důsledku toho se transformace proudu nevyskytuje v sekundárním okruhu. Když dochází k oslabení aperiodické složky, dojde k významnému snížení saturace magnetického obvodu a postupně se v sekundárním okruhu objeví určitá hodnota proudu. Maximální úroveň nevyváženého proudu však bude mnohem menší než při absenci rychlého přechodového transformátoru. Citlivost lze proto zvýšit nastavením hodnoty ochranného proudu na hodnotu menší nebo rovnou maximální hodnotě rozdílu potenciálu nevyváženosti.

Pozitivní vlastnosti diferenciální ochrany

Během prvního období magnetický okruh velmi nasycuje, transformace prakticky nedochází. Ale poté, co se neperiodická složka rozpadla, periodická část se začne přeměňovat na sekundární okruh. Stojí za to věnovat pozornost tomu, že má velkou hodnotu. V důsledku toho se aktivuje elektromagnetické relé a vypne chráněný obvod. Velmi nízká úroveň transformace, první přibližně jedno a půl časové období zpomaluje ochranný obvod. Ale to nevytváří velkou roli při konstrukci praktických obvodů pro ochranu elektrických obvodů.

Diferenciální chránění transformátoru nepracuje v případech, kdy dojde k poškození elektrického obvodu je ochranné pásmo. Dočasné držení a selektivita se proto nevyžadují. Doba odezvy ochrany se pohybuje od 0,05 do 0,1 sekundy. To je obrovská výhoda tohoto typu diferenciální ochrany. Existuje však i další výhoda - velmi vysoká citlivost, zejména při použití rychlého přechodového transformátoru. Mezi menší výhody stojí za zmínku například jednoduchost a velmi vysoká spolehlivost.

Negativní vlastnosti

Avšak jak podélná, tak příčná diferenciální ochrana mají nevýhody. Například není schopen chránit elektrický obvod při vystavení zkratům zvenčí. Také to není možné otevřít elektrický obvod když je vystaven silnému přetížení.

Bohužel, ochrana může být aktivována, pokud je poškozen pomocný obvod, ke kterému je připojeno sekundární vinutí. Ale všechny výhody difúzní ochrany s cirkulačním proudem přerušují tyto drobné nedostatky. Ale jsou schopni chránit elektrické vedení velmi malou délku, ne více než kilometr.

Jsou velmi často používány při zavádění ochrany vodičů, díky níž jsou napájena různá zařízení potřebná pro provoz elektráren a generátorů. V tomto případě, je-li délka vedení je velmi velký, například od několika desítek kilometrů, ochrana tohoto obvodu je velmi obtížné provést, protože je nutné použít vodiče s velmi velkým průřezem pro připojení elektromagnetické relé a transformátor sekundární vinutí.

Při použití standardních vodičů bude zatížení transformátorů proudu příliš velké, stejně jako nevyvážený proud. Ale pokud jde o citlivost, ukazuje se, že je extrémně nízká.

Návrh ochranného relé a rozsah schémat

U velmi dlouhých elektrolyzin se používá obvod, v němž je umístěno ochranné relé se speciálním designem. Díky tomu můžete poskytnout normální úroveň citlivosti a připojovací vodiče jsou standardní. Transverzální diferenciální ochrana je spuštěna porovnáním proudu ve dvou liniích z hlediska fází a veličin.

Difuzní vysokorychlostní ochrana se používá v vedeních pro přenos energie, v nichž proudí napětí v rozmezí 3 až 35 tisíc voltů. Zároveň je zajištěna spolehlivá ochrana proti interfázovým závadám. Difúzní ochrana se provádí jako dvoufázová, protože síť s výše uvedenými provozními napětími není uzemněna neutrálními vodiči. Neutrál je připojen k uzemnění pomocí cívky pro potlačení oblouku.

Pomocné vodiče v konstrukci ochranných obvodů

Proudové transformátory jsou v vzájemné blízkosti. V důsledku toho mají pomocné dráty poměrně malou délku. Při použití drátů s malým průměrem budou transformátory ovlivněny relativně malým zatížením. Pokud jde o proud nevyváženosti, je také malý. Ale stupeň citlivosti je velmi vysoký. V případě odpojení jakékoliv linky se diferenciální ochrana stává aktuální, neexistuje časové zpoždění a žádná selektivita. K zabránění falešných poplachů blokové kontakty linek odpojují obvod.

Průřezová diferenciální ochrana obvodů

Křížová ochrana je široce využívána při vývoji lineárních systémů pracujících paralelně. Na obou stranách linky jsou nainstalovány spínače. Důsledkem je, že takový návrh linky je velmi obtížně chráněn pomocí jednoduchých schémat. Důvodem je to, že není možné dosáhnout normální úrovně selektivity. Chcete-li zvýšit selektivitu, je nutné pečlivě zvolit časové zpoždění. Avšak v případě použití příčně orientovaného difraktoru není časové zpoždění nutné, selektivita je poměrně vysoká. Má hlavní orgány:

1. Směr sil. Často se používá relé směru jízdy s obousměrnou akcí. Někdy používejte dvojici diferenciálních ochranných relé s jednosměrnou akcí, která pracují v různých směrech napájení.
2. Spuštění - zpravidla se ve své roli používají vysokorychlostní relé s nejvyšším možným proudem.

Konstrukce systému je taková, že na vedeních se provádí instalace proudových transformátorů se sekundárními vinutími připojenými k okruhu s oběhovým proudem. Všechny proudové vinutí jsou však zapojeny do série, poté jsou připojeny pomocí přídavných vodičů k proudovým transformátorům. Pro zajištění ochrany diferenciální fáze je relé napájeno přípojnicemi jednotek. Právě na nich je sestavena celá sada. Podíváte-li se do systému zahrnout sekundární obvody transformátorů a ochranných relé, je možné vyvodit závěr o tom, proč se tomu říká „v režii osm“. Celý systém je vyroben ve dvou sadách. Na každém konci linky je jedna sada, která zajišťuje diferenciální proudovou ochranu napájecího vedení.

Schéma s jednofázovým relé

Napětí na ochranném relé je napájeno zpět do fáze toho, co je zapotřebí k vypnutí jedné linky s poškozením. Při normálním provozu (včetně v případě, že dojde k externímu zkratu), prochází jen přes nevyvážený proud přes vinutí relé. Aby se zabránilo chybným jízdám, je nutné, aby spouštěcí relé měly vypínací proud větší než nevyvážený proud. Zvažte práci na ochraně dvou linií.

V okamžiku začátku zkratu dochází k proudění některých proudů v ochranném pásmu druhé linky. Stojí za pozornost skutečnost, že:

1. Startovací relé je aktivováno.
2. Na straně jedné rozvodny, relé směru jízdy otevře kontakty vypínače.
3. Na druhé straně stanice je linka také vypnuta pomocí spínačů.
4. V relé směru energie je moment záporný, proto jsou kontakty otevřené.

Ve vinutí ochranného relé první řady se proudový směr (vzhledem k první linii) mění během zkratu. Relé řízení směru otáčení udržuje skupinu kontaktů v otevřeném stavu. Přepínače z obou rozvoden jsou otevřené.

Pouze taková ochrana diferenciálních linek může fungovat normálně pouze tehdy, když obě linky pracují paralelně. V případě, že je jeden z nich vypnutý, je porušena zásada fungování diferenciální ochrany. V důsledku toho v budoucí ochraně dochází k neselektivitě vypnutí druhé linky při vnějším zkratu. V tomto případě se stává konvenčním směrovým proudem a nemá žádnou časovou stabilitu. Aby se tomu zabránilo, je příčná ochrana při odpojení jedné linky automaticky vyvedena přerušením blokového obvodu.

Další typy ochrany

Akční proudy spouštěcích relé musí být větší než nevyvážené proudy během externího zkratu. Aby se zabránilo falešně pozitivní při odpojování jednoho z řádků a procházející zbytek maximálního zatížení proudu, je nutné pro to, aby byl větší, než rozdíl nevyvážených potenciálů. Pokud je na linii křížový směr, měly by být poskytnuty další stupně.

Budou umožňovat ochranu jedné linky při paralelním odpojení. Obvykle se používají k ochraně proti přetížení nadproudu během externího zkratu (v tomto případě neexistuje žádná odezva ochrany proti rozdílu). Kromě toho je dopzaschita rezervou pro diferenciál (v případě, že tento odmítl).

Často se používá i směrové nesměrová nadproudová ochrana, cut-off, a tak dále. E. příčném směru diferenciální ochrany je jednoduchý design, je velmi spolehlivý a byl široce používán v elektrických napětí od 35 tisíc. Voltů. Tady a funguje ochranu při úniku moče, jeho provozní princip je poměrně jednoduchý, ale stále je třeba znát alespoň základy elektrotechniky pochopit všechny složitosti.