Диференціальний захист
- Принцип дії
- Подовжній диференціальний захист
- Поперечна диференційний захист
- Диференціальний захист генератора
З метою забезпечення безпеки електроустановок та обладнання виконуються різні дії, одним з яких є диференційний захист. Її відрізняє швидкість дії і абсолютна селективність, тобто здатність точно виявляти несправні мережі або установки і швидко відключати їх від нормально функціонуючих ділянок. Дані пристрої надійно захищають трансформатори і генератори, електродвигуни, збірні шини, лінії електропередач.
Основною функцією диференційного захисту є запобігання міжфазних і коротких замикань в електричній апаратурі і системах з глухозаземленою нейтраллю. Вона вважається різновидом релейного захисту та працює шляхом порівняння струмових величин і напрямків струму по сторонам об'єкта.
Принцип дії
В основі роботи диференційного захисту лежить порівняння фазних струмів, які протікають через захищається ділянку мережі або проходять через захищається апаратуру. Сила струму вимірюється на кінцях ділянок за допомогою двох трансформаторів струму, з'єднаних вторинними ланцюгами з струмовим реле. В результаті, на обмотку реле надходить різниця струмів кожного з трансформаторів. Таким чином, диференційний захист - це система спрацьовування, заснована на різниці струмів.
У звичайному режимі роботи відбувається віднімання одного значення струму з іншого. Ідеальним результатом вважається нульове значення струму в обмотці струмового реле. Якщо ж на захищається ділянці виникає коротке замикання, на обмотку реле надходить не різниця, а сума струмів. Під їх впливом контакти реле замикаються, віддаючи команду відключити пошкоджену ділянку.
У реальних умовах експлуатації струм, що протікає через обмотку реле, завжди буде відрізнятися від нуля. Він відомий як струм небалансу, а його наявність залежить від ряду факторів.
- По-перше, обидва трансформатора не ідентичні і розрізняються між собою технічними характеристиками. Для зменшення впливу даного чинника, виготовлення трансформаторів струму, що беруть участь в системі диференціальної захисту, відбувається попарно, з підгонкою між собою ще на стадії виготовлення. В якості додаткової міри у вимірювального трансформатора змінюється кількість витків, що підганяється під коефіцієнт трансформації, що захищається.
- Іншою причиною появи струму небалансу може стати виникнення намагнічує струму в обмотках трансформатора, що захищається. При нормальному робочому режимі значення цього струму може становити 5% від номіналу. Струм намагнічування в деяких випадках в декілька разів перевищує номінальне значення, особливо під час перемикання трансформатора з холостого ходу на навантаження і при інших перехідних процесах. З урахуванням цього фактора, струм спрацьовування в реле встановлюється вище максимального значення струму намагнічування.
- Струм небалансу іноді з'являється через неоднакового з'єднання обмоток, встановлених на первинної та вторинної сторонах захищається трансформаторного пристрою. У таких випадках вектор струму вторинної ланцюга зміщується по відношенню до струму первинної ланцюга на 30 градусів. Відрегулювати і компенсувати цю різницю шляхом підбору витків на трансформаторі, практично неможливо. Дана проблема вирішується з'єднанням обмоток: на стороні трикутника - зіркою, а на боці зірки - трикутником.
Сучасні пристрої диференціальної захисту на мікропроцесорах здатні самостійно враховувати цю різницю. З'єднання вторинних обмоток вимірювальних трансформаторів здійснюється на обох кінцях способом зірка, про що зазначається в налаштуваннях захисного пристрою.
Подовжній диференціальний захист
До складу релейного захисту входять різні пристрої, що забезпечують надійну і безпечну роботу трансформаторів, обладнання, ліній електропередачі. Однією з її різновидів є подовжній диференціальний захист, яка в обов'язковому порядку використовується з трансформаторами потужністю 6300 кВа і вище. Її основна функція полягає в попередженні аварій і виходу з ладу обладнання, причиною яких можуть стати багатофазні замикання на виводах і всередині обмоток.
Поздовжній вид захисту встановлюється і на трансформаторах, що працюють паралельно, при потужності кожного з них 4000 кВа і більше. Трансформаторні пристрої з невеликою потужністю, що не перевищує 1000 кВА, також обладнуються захистом, якщо відсутній газовий захист. При цьому, максимальний струмовий захист має велику витримку за часом, а струмовий відсічення володіє низьким ступенем чутливості.
Аварійне відключення трансформатора за допомогою диференціальної поздовжньої захисту здійснюється практично миттєво, одразу ж після виникнення несправності.
Поперечна диференційний захист
Поперечна захист, працює також за принципом порівнювання струмових значень. Однак на відміну від поздовжньої системи, установка трансформаторів струму виконується нема на кінцях ділянки, що захищається, а на окремих лініях, підключених до одного джерела живлення. Це можуть бути, наприклад, паралельні кабельні лінії, що відходять від загального вимикача.
При зовнішньому короткому замиканні поперечна диференційний захист його не зможе визначити, оскільки різниця значень сили струму на цих лініях буде нульовий. Якщо ж коротке замикання відбудеться на одній з захищаються ліній, в цьому випадку різниця струмів матиме певне значення, необхідне для спрацювання захисту. За допомогою даної системи в основному виконується диференційний захист лінії електропередачі, прокладеної по повітрю. У разі аварії вибирається і відключається тільки пошкоджена лінія.
У конструкцію системи входить струмове реле, яке виконує пускову функцію, і включається також, як і в поздовжній захисту з ділянок напрямку потужності. Воно включається на різницю струмів в захищаються лініях і відповідно до напругою шин на підстанції. Подача оперативного струму здійснюється на реле захисту шляхом послідовного з'єднання допоміжних контактів, встановлених на що захищаються лініях. За рахунок цього захист автоматично виводиться з дії, коли відключається хоча-б одна з ліній. Таким чином, виключається НЕ селективну дію захисту в разі зовнішнього короткого замикання.
Диференціальний захист генератора
В електричної мережі іноді можуть виникнути міжфазні короткі замикання на ділянці від обладнання до трансформатора струму. Для попередження подібних ситуацій застосовується диференціальний струмовий захист пристроїв, в тому числі і генераторів. В основному використовуються поздовжні системи, що відрізняються абсолютною селективністю. Вони найбільш ефективні для генераторів, що володіють середнім і високим потужністю. До складу захисту входять диференціальні реле в кількості трьох одиниць.
При наявності заземлення нейтрали генератора забезпечується диференційний захист від коротких замикань на землю. Однофазні короткі замикання попереджаються за допомогою чутливої захисної системи, при якій виконується порівняння струмів нульової послідовності. Дані струми протікають по обидва боки обмоток статора.
Для того щоб виключити неправильне дію захисту при зовнішньому короткому замиканні, виконується блокування диференціальної захисної системи. В першу чергу це стосується великих струмів, при яких виникає насичення трансформаторів струму. Блокування проводиться, коли один з максимальних струмів фаз перевищує своє встановлене задане значення. Захисні пристрої спрацьовують в тих випадках, коли з'являється напруга з нульовою послідовністю і певною величиною. Додатково відбувається контроль над величиною кута між струмами нульової послідовності сторін в обмотках статора. За рахунок цього значно підвищується селективність в разі зовнішнього однофазного короткого замикання.
У деяких випадках допускається застосування поперечної диференціальної захисту генератора. Таким чином, попереджаються виткові замикання в обмотці статора, коли є паралельні гілки статорних обмоток і існує можливість для порівняння струмів в гілках всіх фаз. Диференціальний захист генератора встановлюється окремо для кожної фази, тому реакція на міжвиткові замикання стосується тільки своєю фази.