A cikkből megtudhatja, mi az a differenciálvédelem, hogyan működik, milyen pozitív tulajdonságai vannak. Szó lesz arról is, hogy melyek a távvezetékek differenciális védelmének hiányosságai. Gyakorlati sémákat is elsajátíthat az eszközök és vezetékek védelmére.
A differenciális védelem jelenleg a leggyakoribb és leggyorsabb. Képes megvédeni a rendszert a fázisok közötti rövidzárlatoktól. Azokban a rendszerekben, amelyek szilárd földelt nullát használnak, könnyen megakadályozhatja az egyfázisú rövidzárlatok előfordulását. A differenciális típusú védelem az elektromos vezetékek, nagy teljesítményű motorok, transzformátorok, generátorok védelmére szolgál.
Összesen kétféle differenciálvédelem létezik:
- A feszültségek kiegyenlítik egymást.
- Cirkulációs árammal.
Ez a cikkmindkét típusú differenciálvédelmet figyelembe vesszük, hogy a lehető legtöbbet megtudjuk róluk.
Differenciális védelem keringő áramokkal
Az alapelv az, hogy az áramokat összehasonlítják. És hogy pontosabbak legyünk, a paraméterek összehasonlítása van az elem elején, amelynek védelmét végrehajtják, valamint a végén. Ezt a sémát a hosszanti típusú és a keresztirányú megvalósításban használják. Az előbbiek egyetlen elektromos vezeték, villanymotorok, transzformátorok, generátorok biztonságának biztosítására szolgálnak. A hosszirányú differenciálvonal-védelem nagyon elterjedt a modern energiaiparban. A második típusú differenciálvédelem akkor használatos, ha párhuzamosan üzemelő vezetékeket használnak.
Vonalok és eszközök hosszirányú differenciálvédelme
A hosszanti típusú védelem megvalósításához ugyanazt az áramváltót kell beépíteni mindkét végére. Másodlagos tekercseiket további elektromos vezetékek segítségével kell sorba kötni, amelyeket áramrelékhez kell kötni. Ezenkívül ezeket az áramreléket párhuzamosan kell csatlakoztatni a szekunder tekercsekhez. Normál körülmények között, valamint külső rövidzárlat esetén ugyanaz az áram folyik a transzformátorok mindkét primer tekercsében, amely fázisban és nagyságban egyenlő lesz. Valamivel kisebb érték fog átfolyni a relé elektromágneses áramtekercsén. Kiszámíthatja egy egyszerű képlettel:
Ir=I1-I2.
Tegyük fel, hogy a transzformátorok áramfüggései teljesen megegyeznek. Ezért az áramértékek fent említett különbsége nullához közeli vagy egyenlő. Más szóval, Ir=0, és a védelem jelenleg nem működik. A transzformátorok szekunder tekercseit összekötő segédvezetékek keringtetik az áramot.
A hosszirányú differenciálvédelmi séma
Ez a differenciálvédelmi áramkör lehetővé teszi a transzformátorok szekunder áramkörén átfolyó áramok egyenlő értékű elérését. Ez alapján megállapíthatjuk, hogy ezt a védelmi rendszert a működési elv miatt nevezték így. Ebben az esetben a közvetlenül az áramváltók között elhelyezkedő terület a védelmi zónába esik. Rövidzárlat esetén a védelmi zónában, amikor a transzformátor egyik oldaláról táplálják, az I1 áram folyik át az elektromágneses relé tekercsén. A transzformátor szekunder áramkörébe kerül, amely a vonal másik oldalán van felszerelve. Figyelni kell arra a tényre, hogy a szekunder tekercsben nagyon nagy ellenállás van. Ezért szinte semmi áram nem folyik rajta. Ezen elv szerint működik a gumiabroncsok, generátorok, transzformátorok differenciálvédelme. Abban az esetben, ha az I1 egyenlő vagy nagyobb, mint az Ir, a védelem működésbe lép, megnyitva a kapcsolók érintkezőcsoportját.
Zárlat- és áramkörvédelem
A védett területen belüli rövidzárlat esetén mindkettőoldalakon áram folyik át az elektromágneses relén, amely egyenlő az egyes tekercsek áramainak összegével. Ebben az esetben a védelem a kapcsolók érintkezőinek kinyitásával is aktiválódik. A fenti példák mindegyike feltételezi, hogy a transzformátorok összes műszaki paramétere pontosan megegyezik. Ezért Ir=0. De ezek ideális körülmények, a valóságban a primer áramok mágneses rendszereinek teljesítményében mutatkozó kis különbségek miatt az elektromos készülékek jelentősen eltérnek egymástól, még az azonos típusúak is. Ha eltérések mutatkoznak az áramváltók jellemzőiben (ha a szerkezet differenciálfázisú védelmét valósítják meg), akkor a szekunder áramkörök áramai eltérnek, még akkor is, ha a primer áramkörök teljesen azonosak. Most meg kell gondolnunk, hogyan működik a differenciálvédelmi áramkör külső rövidzárlat esetén a tápvezetéken.
Külső rövidzárlat
Külső rövidzárlat esetén kiegyensúlyozatlanság áramlik át a differenciálvédelmi elektromágneses relén. Értéke közvetlenül attól függ, hogy milyen áram halad át a transzformátor primer áramkörén. Normál terhelési módban értéke kicsi, de külső rövidzárlat esetén növekedni kezd. Értéke a hiba kezdete utáni időtől is függ. Ezenkívül a bezárás kezdete utáni első néhány időszakban el kell érnie a maximális értékét. Ebben az időben a teljes I rövidzárlat átfolyik a transzformátorok primer áramkörein.
Azt is érdemes megjegyezni, hogy először az I rövidzárlat kétféle áramból áll - egyen és váltakozó. Úgy is hívjákidőszakos és periodikus komponensek. A differenciálvédelmi berendezés olyan, hogy az áramban lévő időszakos komponens jelenléte mindig a transzformátor mágneses rendszerének túlzott telítettségét okozza. Következésképpen a kiegyensúlyozatlanság potenciálkülönbsége meredeken növekszik. Ahogy a zárlati áram csökkenni kezd, a rendszer kiegyensúlyozatlansága is csökken. Ennek az elvnek megfelelően történik a transzformátor differenciális védelme.
A védőszerkezetek érzékenysége
Minden típusú differenciálvédelem gyorsan működik. És nem működnek külső rövidzárlat jelenlétében, ezért ki kell választani az elektromágneses reléket, figyelembe véve a rendszerben a lehető legnagyobb egyensúlyhiány-áramot külső rövidzárlat esetén. Érdemes odafigyelni arra, hogy ez a fajta védelem rendkívül alacsony érzékenységű. Ennek növeléséhez számos feltételnek kell megfelelnie. Először is olyan áramváltókat kell használni, amelyek nem telítik a mágneses áramköröket abban a pillanatban, amikor az áram áthalad az elsődleges áramkörön (függetlenül az értékétől). Másodszor, kívánatos gyorsan telítõ típusú elektromos készülékek használata. Ezeket a védendő elemek szekunder tekercsére kell kötni. Egy elektromágneses relé a szekunder tekercsével párhuzamosan egy gyorsan telítődő transzformátorhoz csatlakozik (az áramkülönbség-védelem a lehető legmegbízhatóbb lesz). Így működik a generátor vagy transzformátor differenciálvédelem.
Növelje az érzékenységet
Tegyük fel, hogy külső rövidzárlat történt. Ebben az esetben bizonyos áram folyik át a védőtranszformátorok primer áramkörein, amelyek periodikus és periodikus összetevőkből állnak. Ugyanezek az "összetevők" vannak jelen a gyorsan telítő transzformátor primer tekercsén átfolyó aszimmetrikus áramban is. Ebben az esetben az áram időszakos összetevője jelentősen telíti a magot. Ezért az áram szekunder áramkörbe történő átalakulása nem történik meg. Az aperiodikus komponens csillapításával a mágneses áramkör telítettsége jelentősen csökken, és fokozatosan egy bizonyos áramérték kezd megjelenni a szekunder áramkörben. De a kiegyensúlyozatlan áram maximális szintje sokkal kisebb lesz, mint a gyorsan telítő transzformátor hiányában. Ezért növelheti az érzékenységet, ha a védelmi áram értékét kisebbre vagy egyenlőre állítja, mint a kiegyensúlyozatlansági potenciálkülönbség maximális értéke.
A differenciálvédelem pozitív tulajdonságai
Az első periódusokban a mágneses áramkör nagyon erősen telítődik, az átalakulás gyakorlatilag nem történik meg. De miután az aperiodikus komponens lecseng, a periodikus rész átalakul a szekunder körben. Érdemes odafigyelni arra, hogy nagyon fontos. Ezért az elektromágneses relé működik, és kikapcsolja a védett áramkört. Az első kb. másfél időszak nagyon alacsony szintje lelassítja a védelmi áramkör működését. Ez azonban nem játszik nagy szerepet a gyakorlati áramkör-védelmi áramkörök felépítésében.
A transzformátor differenciálvédelme nem működik olyan esetekben, amikor az elektromos áramkör a védelmi zónán kívül sérült. Ezért nincs szükség késleltetésre és szelektivitásra. A védelem válaszideje 0,05 és 0,1 másodperc között van. Ez az ilyen típusú differenciálvédelem óriási előnye. De van még egy előnye - nagyon magas fokú érzékenység, különösen gyorsan telítő transzformátor használatakor. A kisebb előnyök közül érdemes kiemelni az egyszerűséget és a nagyon nagy megbízhatóságot.
Negatív tulajdonságok
De mind a hossz-, mind a keresztirányú differenciálvédelemnek vannak hátrányai. Például nem képes megvédeni az elektromos áramkört, ha kívülről rövidzárlatnak van kitéve. Ezenkívül nem tudja kinyitni az elektromos áramkört, ha erős túlterhelésnek van kitéve.
Sajnos a védelem működhet, ha megsérül a segédáramkör, amelyre a szekunder tekercs van csatlakoztatva. De a keringető áramú differenciálvédelem összes előnye megszakítja ezeket a kisebb hátrányokat. De képesek megvédeni a nagyon rövid, legfeljebb egy kilométeres vezetékeket.
Nagyon gyakran alkalmazzák a vezetékek védelmének megvalósításában, amelyek segítségével különféle, az erőművek, generátorok működéséhez szükséges eszközöket táplálják. Abban az esetben, ha az elektromos vezeték hossza nagyon nagy, például több tíz kilométer, a védelem aezt az áramkört nagyon nehéz megvalósítani, mivel az elektromágneses relék csatlakoztatásához és a transzformátorok szekunder tekercséhez nagyon nagy keresztmetszetű vezetékeket kell használni.
Ha szabványos vezetékeket használ, akkor az áramváltók terhelése túl nagy lesz, valamint az aszimmetrikus áram. De ami az érzékenységet illeti, rendkívül alacsonynak bizonyul.
A védőrelék kialakítása és az áramkörök terjedelme
A nagyon hosszú elektromos vezetékekben olyan áramkört használnak, amelyben egy speciális kialakítású védőrelé található. Ezzel normál érzékenységi szintet biztosíthat, és szabványos összekötő vezetékeket használhat. A keresztirányú differenciálvédelem úgy működik, hogy összehasonlítja az áramot két vonalban fázisok és nagyságok szerint.
A nagy sebességű differenciálvédelmet olyan távvezetékeken alkalmazzák, amelyekben a feszültség 3-35 ezer volt között mozog. Ez megbízható védelmet nyújt a fázisok közötti rövidzárlat ellen. A differenciálvédelem kétfázisú, mivel a fenti üzemi feszültségű hálózat nincs nullaponttal földelve. Ellenkező esetben a nulla egy íves csúszdán keresztül csatlakozik a földhöz.
Segédvezetékek a védőáramkörök tervezésében
Az áramváltók viszonylag közel vannak egymáshoz. Ezért a segédvezetékek meglehetősen rövidek. Ha kis átmérőjű vezetékeket használa transzformátorok viszonylag kis terhelésnek lesznek kitéve. Ami a kiegyensúlyozatlan áramot illeti, az is kicsi. De az érzékenység mértéke nagyon magas. Bármely vonal lekapcsolása esetén a differenciálvédelem áramerőssé válik, nincs időkésleltetés és szelektivitás. A téves riasztások elkerülése érdekében a vonali segédérintkezőket válassza le az áramkörről.
Straverse áramköri differenciálvédelem
A keresztirányú védelmet széles körben alkalmazzák a párhuzamosan működő vonali rendszerek fejlesztésében. A kapcsolók a vonal mindkét oldalán vannak felszerelve. A lényeg az, hogy az ilyen vezetékeket nagyon nehéz megvédeni egyszerű áramkörökkel. Ennek az az oka, hogy a szelektivitás normál szintjét lehetetlen elérni. A szelektivitás javítása érdekében gondosan meg kell választani az időkésleltetést. Ám keresztirányban irányított differenciálvédelem alkalmazása esetén nincs szükség késleltetésre, a szelektivitás meglehetősen magas. Főbb szervei vannak:
- Erőirány. Gyakran használnak kettős működésű teljesítmény-irányreléket. Néha egy pár egyszeres működésű differenciálvédelmi relét használnak, amelyek különböző teljesítményiránnyal működnek.
- Indítás - általában a lehető legnagyobb áramerősségű, nagy sebességű reléket használják a szerepében.
A rendszer kialakítása olyan, hogy a vezetékekre keringető áramkörbe kapcsolt szekunder tekercsekkel ellátott áramváltók kerülnek beépítésre. De az összes áramtekercselés sorba van kapcsolva, utánaamit további vezetékek segítségével csatlakoztatnak az áramváltókhoz. A fáziskülönbség-védelem működéséhez a relét a berendezések gyűjtősínein keresztül táplálják. A teljes készlet rájuk van telepítve. Ha megnézi a transzformátorok szekunder áramköreinek és a védőrelé bekapcsolásának áramkörét, akkor arra következtethetünk, hogy miért nevezik „irányított nyolcnak”. Az egész rendszer két készletben készül. A vezeték mindkét végén egy-egy készlet található, amely áramkülönbség-védelmet biztosít a tápvezeték számára.
Egyfázisú relé áramkör
A védőrelé feszültsége fordított fázisban van, mint amennyire egy sérült vezeték leválasztásához szükséges. Normál üzemben (beleértve a külső rövidzárlat jelenlétét is) csak a kiegyensúlyozatlan áram folyik át a relé tekercselésein. A téves kioldások elkerülése érdekében szükséges, hogy az indítórelék kioldási árama nagyobb legyen, mint a kiegyensúlyozatlan áram. Fontolja meg a két vonal védelmének munkáját.
A rövidzár kezdetén némi áram folyik a második vezeték védelmi zónájában. Érdemes odafigyelni arra, hogy:
- Indítórelé aktiválva.
- Az egyik alállomás oldalán a teljesítmény irányrelé nyitja a megszakító érintkezőit.
- A második alállomás felől a vezetéket szintén kapcsolókkal leválasztják.
- A teljesítmény irányrelében a nyomaték negatív, ezért az érintkezők nyitva vannak.
Az első vonalvédő relé tekercseibenrövidzárlat során megváltozik az áram mozgásának iránya (az első vonalhoz viszonyítva). A teljesítmény irányrelé nyitott állapotban tartja az érintkezőcsoportot. A megszakítók mindkét alállomás oldalán megszakadnak.
Csak az ilyen vonali differenciálvédelem csak akkor működik megfelelően, ha mindkét vonal párhuzamosan fut. Abban az esetben, ha az egyiket kikapcsolják, a differenciálvédelem működési elve sérül. Következésképpen a további védelem a második vezeték nem szelektív leállításához vezet külső rövidzárlatok esetén. Ebben az esetben közönséges irányárammá válik, és nincs késleltetése. Ennek elkerülése érdekében a keresztirányú védelem automatikusan kikapcsol az egyik vezeték leválasztásakor az áramkör megszakításával a segédérintkezővel.
További védelemtípusok
Az indítórelék kioldóáramának nagyobbnak kell lennie, mint a külső rövidzárlat során fellépő aszimmetriaáramok. Annak érdekében, hogy elkerüljük a hamis pozitív értékeket, amikor az egyik vezeték le van választva, és a maximális terhelési áram áthalad a másikon, nagyobbnak kell lennie, mint a kiegyensúlyozatlanság potenciálkülönbsége. Ha a vonalon keresztirányú differenciálvédelem van, akkor további fokozatokat kell megadni.
Lehetővé teszik egy vonal védelmét, ha a párhuzamost kikapcsolják. Jellemzően túláramvédelemre használják külső rövidzárlat esetén (ebben az esetben a differenciálvédelem nem reagál). Ezen kívül további védelema differenciál biztonsági másolata (ha az utóbbi meghibásodott).
Gyakran alkalmazzák az irányított és nem irányú áramvédelmet, lekapcsolásokat stb.. A keresztirányú differenciálvédelem egyszerű kialakítású, nagyon megbízható, és széles körben alkalmazzák 35 ezer voltos, ill. több. Így működik a differenciálvédelem, működési elve meglehetősen egyszerű, de még mindig ismerni kell legalább az elektrotechnika alapjait ahhoz, hogy minden bonyodalmat megértsünk.
