Продольная дифференциальная защита трансформатора: Дифференциальная защита трансформатора: типы, принцип действия | ENARGYS.RU

В статье вы узнаете о том, что такое дифференциальная защита, как она работает, какими положительными качествами обладает. Также будет рассказано о том, какие имеются недостатки у дифзащиты линий электропередач. Также вы ознакомитесь с практическими схемами защиты устройств и линий электропередач.

Дифференциальный тип защиты на данный момент считается самым распространенным и быстродействующим. Он способен обезопасить систему от межфазных замыканий. А в тех системах, в которых используется глухозаземленная нейтраль, он может без труда предотвратить возникновение однофазных КЗ. Дифференциальный тип защиты применяется для того, чтобы обезопасить линии электропередач, электродвигатели повышенной мощности, трансформаторы, генераторы.

Всего имеется два типа дифзащиты:

1. С напряжениями, уравновешивающими друг друга.
2. С циркулирующим током.

В этой статье будут рассмотрены оба этих типа дифзащиты, чтобы узнать как можно больше о них.

Дифзащита с использованием циркулирующих токов

Принцип заключается в том, что сравниваются токи. А если быть точнее, то происходит сравнение параметров в начале элемента, защита которого осуществляется, а также в конце. Используется данная схема при осуществлении продольного типа и поперечного. Первые используются для обеспечения безопасности одиночной линии электропередачи, электромоторов, трансформаторов, генераторов. Продольная дифференциальная защита линий очень распространена в современной электроэнергетике. Второй тип дифзащиты применяется при использовании линий электропередач, функционирующих параллельно.

Продольная дифференциальная защита линий и устройств

Чтобы осуществить защиту продольного типа, необходимо с обоих концов установить одинаковые трансформаторы тока. Их вторичные обмотки должны быть соединены друг с другом последовательно при помощи дополнительных электропроводов, которыми необходимо подключать токовые реле. Причем эти токовые реле необходимо соединять со вторичными обмотками параллельно. При нормальных условиях, а также при наличии внешнего короткого замыкания в обеих первичных обмотках трансформаторов будет протекать одинаковый ток, который окажется равным как по фазе, так и по величине. По обмотке электромагнитного тока реле будет протекать немного меньшее его значение. Вычислить его можно по простой формуле:

I_r=I₁-I₂.

Предположим, что токовые зависимости трансформаторов будут полностью совпадать. Следовательно, вышеупомянутая разность значений токов близко или равна нулю. Другими словами, I_r=0, а защита в это время не работает. Во вспомогательной электропроводке, которая соединяет вторичные обмотки трансформаторов, происходит циркуляция тока.

Схема продольного типа дифференциальной защиты

Такая схема дифференциальной защиты позволяет получить по величине равные значения токов, которые протекают по вторичной цепи трансформаторов. Исходя из этого, можно сделать вывод, что эту схему защиты назвали так из-за принципа действия. При этом в зону защиты попадает тот участок, который находится непосредственно между токовыми трансформаторами. В том случае, если имеется короткое замыкание, в зоне защиты при питании с одной стороны от трансформатора по обмотке электромагнитного реле протекает ток I₁. Направляется он во вторичную цепь трансформатора, который установлен на другой стороне линии. Необходимо обратить внимание на то, что во вторичной обмотке очень большое сопротивление. Следовательно, ток практически не протекает через нее. По такому принципу работает дифференциальная защита шин, генераторов, трансформаторов. В том случае, когда I₁ окажется равным или большим, нежели I_r, начинает срабатывать защита, производя размыкания контактной группы выключателей.

Короткое замыкание и защита цепи

В случае короткого замыкания внутри защищенной зоны, с обеих сторон через электромагнитное реле протекает ток, равный сумме токов каждой обмотки. В этом случае также включается защита, размыкая контакты выключателей. Все вышеизложенные примеры предполагают, что все технические параметры трансформаторов полностью одинаковы. Следовательно, I_r=0. Но это идеальные условия, в реальности из-за небольших различий при выполнении магнитных систем первичных токов, электроприборы существенно отличаются друг от друга, даже однотипные. Если имеются различия в характеристиках токовых трансформаторов (когда реализуется дифференциально-фазная защита конструкции), то величины токов вторичных цепей будут различаться, даже если первичные абсолютно одинаковы. Теперь нужно рассмотреть, как работает схема дифференциальной защиты при внешнем коротком замыкании на линии электропередач.

Внешнее короткое замыкание

При наличии внешнего короткого замыкания через электромагнитное реле дифзащиты будет проходить ток небаланса. Его значение напрямую зависит от того, какой ток проходит по первичной цепи трансформатора. В режиме нормальной нагрузки его значение невелико, но при наличии внешнего КЗ он начинает увеличиваться. Его значение зависит также от времени после начала КЗ. Причем максимального значения он должен достичь в первые несколько периодов после начала замыкания. Именно в это время по первичным цепям трансформаторов протекает весь I КЗ.

Стоит также отметить, что сначала I КЗ состоит из двух типов тока – постоянного и переменного. Их еще называют апериодическими и периодическими составляющими. Устройство дифференциальной защиты таково, что при этом наличие в токе апериодической составляющей всегда должно вызывать чрезмерное насыщение магнитной системы трансформатора. Следовательно, разность потенциалов небаланса резко увеличивается. Когда ток короткого замыкания начинает уменьшаться, снижается и значение небаланса системы. По такому принципу осуществляется дифференциальная защита трансформатора.

Чувствительность защитных конструкций

Все типы дифзащиты быстродействующие. И они не работают при наличии внешних КЗ, поэтому необходимо выбирать электромагнитные реле, учитывая максимально возможный ток небаланса в системе при наличии внешнего короткого замыкания. Стоит обратить внимание на то, что у защиты такого типа получается крайне низкая чувствительность. Чтобы ее повысить, необходимо соблюсти множество условий. Во-первых, нужно применять трансформаторы тока, у которых не происходит насыщения магнитопроводов в момент, когда по первичной цепи протекает ток (независимо от его значения). Во-вторых, желательно использовать электроприборы быстронасыщающегося типа. Их нужно подключать к вторичным обмоткам элементов, защита которых производится. Электромагнитное реле подключается к быстронасыщающемуся трансформатору (дифференциальная токовая защита становится максимально надежной) параллельно его вторичной обмотке. Именно так работает дифференциальная защита генератора или трансформатора.

Увеличение чувствительности

Допустим, произошло внешнее КЗ. При этом по первичным цепям защитных трансформаторов протекает некоторый ток, состоящий из апериодической и периодической составляющих. Такие же «компоненты» присутствуют в токе небаланса, который протекает по первичной обмотке быстронасыщающегося трансформатора. При этом апериодическая составляющая тока значительно насыщает сердечник. Следовательно, трансформация тока при этом во вторичную цепь не происходит. При затухании апериодической составляющей происходит значительное уменьшение насыщения магнитопровода, и постепенно во вторичной цепи начинает появляться некоторое значение тока. Но максимальный уровень тока небаланса окажется намного меньшим, нежели в случае отсутствия быстронасыщающегося трансформатора. Следовательно, увеличить чувствительность можно путем установки значения тока защиты меньше или равным максимальному значению разности потенциалов небаланса.

Положительные качества дифференциальной защиты

Во время первых периодов магнитопровод насыщается очень сильно, трансформация практически не происходит. Но после того как затухнет апериодическая составляющая, периодическая часть начинает трансформироваться во вторичной цепи. Стоит обратить внимание на то, что у нее очень большое значение. Следовательно, электромагнитное реле срабатывает и производит отключение защищаемой цепи. Очень низкий уровень трансформации первые примерно полтора периода времени замедляет действие цепи защиты. Но это не играет большой роли при построении практических схем защиты электроцепей.

Дифференциальная защита трансформатора не срабатывает в случаях, если имеются повреждения электрической цепи вне зоны защиты. Поэтому временная выдержка и селективность не требуется. Время срабатывания защиты колеблется в интервале от 0,05 до 0,1 секунды. Это огромное преимущество такого типа дифзащиты. Но есть еще одно преимущество — очень высокая степень чувствительности, в особенности при использовании быстронасыщающегося трансформатора. Среди более мелких преимуществ стоит отметить такие, как простота и очень высокая надежность.

Отрицательные свойства

Но как продольная, так и поперечная дифференциальная защита имеет и недостатки. Например, она не способна защитить электрическую цепь при воздействии коротких замыканий извне. Также она не способна разомкнуть электрическую цепь при воздействии сильной перегрузки.

К сожалению, защита может сработать при повреждении вспомогательной электроцепи, к которой произведено подключение вторичной обмотки. Но все преимущества дифзащиты с циркулирующим током перебивают эти мелкие недостатки. Но они способны защитить линии электропередач очень маленькой протяженности, не более километра.

Они очень часто используются при реализации защиты проводов, с помощью которых запитываются разнообразные устройства, необходимые для функционирования электрических станций, генераторов. В том случае, если длина электролинии очень большая, например составляет несколько десятков километров, защиту по данной схеме выполнить очень сложно, так как необходимо использовать провода с очень большим сечением для соединения электромагнитных реле и вторичной обмотки трансформаторов.

В том случае, если использовать стандартные провода, то нагрузка на трансформаторы тока окажется чересчур большой, равно как и ток небаланса. А вот что касается чувствительности, то она оказывается крайне низкой.

Конструкции реле защиты и область применения схем

В электролиниях очень большой протяженности используется схема, в которой находится защитное реле, имеющие особую конструкцию. С его помощью можно обеспечить нормальный уровень чувствительности, а соединительные провода применить стандартные. Поперечная дифзащита срабатывает при помощи сравнения тока в двух линиях по фазам и величинам.

Дифзащита быстродействующая применяется в линиях электропередач, в которых протекает напряжение в диапазоне 3-35 тыс. вольт. При этом обеспечивается надежная защита от межфазного КЗ. Дифзащита выполняется как двухфазная по причине того, что электросеть с вышеупомянутыми рабочими напряжениями не заземлена нейтралями. Либо же нейтраль соединена с заземлением посредством дугогасящей катушки.

Вспомогательные провода в конструкции защитных цепей

Трансформаторы тока находятся в относительной близости друг к другу. Следовательно, вспомогательные провода имеют довольно малую длину. При использовании проводов маленького диаметра на трансформаторы будет воздействовать относительно низкая нагрузка. Что касается тока небаланса, то он также небольшой. А вот степень чувствительности оказывается весьма высокой. В случае отключения какой-либо линии дифзащита становится токовой, временной выдержки и селективности нет. Чтобы исключить ложные срабатывания, блок-контакты линий разъединяют цепь.

Поперечно направленная дифзащита цепей

Поперечно направленная защита широко используется при разработке систем линий, функционирующих параллельно. С обеих сторон линии устанавливаются выключатели. Суть в том, что такие по конструкции линии очень сложно защитить при помощи простых схем. Причина – невозможно достичь нормального уровня селективности. Чтобы улучшить селективность, необходимо тщательно подбирать выдержку времени. Но в случае использования поперечно направленной дифзащиты выдержка времени не нужна, селективность довольно высокая. У нее есть основные органы:

1. Направление мощности. Зачастую применяются реле направления мощности с двусторонним действием. Иногда используют пару реле дифференциальной защиты с односторонним действием, которые работают при различных направлениях мощности.
2. Пусковой – как правило, в его роли используют быстродействующие реле с максимально возможным током.

Конструкция системы такова, что на линиях производится установка трансформаторов тока со вторичными обмотками, соединенными в схему с циркулирующим током. А вот все токовые обмотки включаются последовательно, после чего их соединяют при помощи дополнительных проводов к трансформаторам тока. Чтобы работала дифференциально-фазная защита, к реле подводится напряжение при помощи сборных шин установок. Именно на них производится монтаж всего комплекта. Если посмотреть на схему включения вторичных цепей трансформаторов и защитного реле, то можно сделать вывод о том, почему ее называют «направленной восьмеркой». Вся система выполнена двумя комплектами. На каждом конце линии находится один комплект, благодаря которому обеспечивается дифференциальная токовая защита линии электропередач.

Схема с однофазным реле

Напряжение к реле защиты подводится обратным по фазе тому, что нужно для отключения одной линии с повреждением. В нормальной работе (в том числе при наличии внешнего короткого замыкания) по обмоткам реле проходит лишь ток небаланса. Чтобы не произошло ложных отключений, нужно, чтобы пусковые реле имели ток срабатывания больше, нежели ток небаланса. Рассмотрим работу защиты двух линий.

В момент начала короткого замыкания в зоне защиты второй линии протекает некоторый ток. Стоит обратить внимание на то, что:

1. Пусковое реле срабатывает.
2. Со стороны одной подстанции реле направлений мощности размыкает контакты выключателя.
3. Со стороны второй подстанции также происходит отключение линии при помощи выключателей.
4. В реле направления мощности момент вращения отрицательный, следовательно, контакты разомкнуты.

В обмотках реле защиты первой линии изменяется направление движения тока (относительно первой линии) во время короткого замыкания. Реле направлений мощности удерживает контактную группу в разомкнутом состоянии. Выключатели со стороны обеих подстанций размыкаются.

Только такая дифференциальная защита линии может нормально функционировать лишь при параллельной работе обеих линий. В том случае, если отключается одна из них, нарушается принцип работы дифзащиты. Следовательно, в дальнейшем защита приводит к неселективности отключения второй линии во время внешних коротких замыканий. В этом случае она становится обычной направленной токовой, причем она не имеет временной выдержки. Чтобы избежать этого, поперечно направленная защита во время отключения одной линии автоматически выводится при помощи разрыва блок-контактом цепи.

Дополнительные типы защиты

Токи срабатывания пусковых реле должны быть больше, чем токи небаланса во время внешнего короткого замыкания. Чтобы избежать ложных срабатываний при отключении одной из линий и прохождении по оставшейся максимального тока нагрузки, необходимо, чтобы он был больше разности потенциалов небаланса. При наличии на линии дифзащиты поперечно направленного типа необходимо предусмотреть дополнительные степени.

Они позволят проводить защиту одной линии при отключении параллельно работающей. Как правило, они используются для защиты от сверхтока перегрузки во время внешнего короткого замыкания (в этом случае не происходит реагирование дифференциальной защиты). Ко всему прочему, допзащита является резервной к дифференциальной (в том случае, если последняя отказала).

Зачастую применяются направленные и ненаправленные токовые защиты, отсечки и т. д. Поперечно направленная дифференциальная защита проста по конструкции, весьма надежна и получила широкое применение в электросетях с напряжением от 35 тыс. вольт. Вот так и функционирует дифференциальная защита, принцип действия ее довольно простой, но все равно нужно знать хотя бы основы электротехники, чтобы разобраться во всех тонкостях.

применение и принцип действия, преимущества и недостатки

Для обеспечения долговременной эксплуатации электрооборудования применяются разнообразные виды защит. Дифференциальная защита получила широкое распространение благодаря высокому быстродействию. Применяется в сетях с глухозаземленной нейтралью для безопасного функционирования линий электропередач, электродвигателей, сборных машин, трансформаторов, автотрансформаторов и генераторов от коротких замыканий, а также для домашнего использования.

Виды и особенности работы

Дифференциальная защита является одним из видов релейной защиты, которая отличается абсолютной селективностью и очень высокой скоростью срабатывания. Существуют такие виды дифзащиты: поперечная и продольная. Выбор соответствующей дифзащиты зависит напрямую от ситуации, а для того чтобы уметь безошибочно ее применять, необходимо знать, в каких случаях она применяется, принцип действия, а также основные недостатки и ограничения.

Продольная защита

Продольную дифзащиту необходимо устанавливать в роли основной для защиты мощных трансформаторов и автотрансформаторов.

Основные требования:

1. Одиночные трансформаторы и автотрансформаторы с мощностью от 6300 кВА.
2. Параллельно работающие трансформаторы и автотрансформаторы с мощностью от 4000 кВа.
3. Надежная и помехозащищенная линия связи между 2-мя трансформаторами.
4. Трансформаторы и автотрансформаторы с мощность от 1000 кВА (токовая отсечка не может добиться необходимой чувствительности при коротком замыкании на выводах с высоким напряжением, при этом максимальная защита должна быть не более 0,5 секунд).

Схема 1 — Продольная дифзащита трансформатора:

Принцип действия дифзащиты сводится к сравнению значений токов фаз, протекающиех по защищенным участкам соответствующих линий. Применяются трансформаторы тока, которые служат для измерения силы тока на защищенном участке цепи. Вторичные обмотки этих трансформаторов соединены с токовыми реле, в результате на обмотку реле попадает разница токов.

При нормальной работе разность значения токов в цепи токового реле будет равна нулю. Однако при коротком замыкании в обмотку реле поступит не разница, а сумма токов. Контакты реле замыкаются, и выдается команда на полное отключение поврежденного участка цепи.

Однако это все прекрасно работает только в теории. В реальном случае через обмотку токового реле будет протекать ток, который не равен нулю. Этот ток называется током небаланса.

Основные причины появления тока небаланса на обмотке токового реле:

1. Характеристики трансформаторов тока чаще имеют немного разные характеристики. На предприятии-изготовителе их выпускают попарно, предварительно проверяют и подгоняют их характеристики (изменение количества витков обмоток для соблюдения соответствия коэффициента трансформации трансформатора, который необходимо защитить).
2. Возникновение намагничивающего тока, который появляется в обмотках защищенного трансформатора. В нормальном режиме значение этого тока достигает до 5% от номинального . При холостом ходе трансформатора этот ток на непродолжительное время может превышать значение номинального в несколько раз.
3. Разные соединения первичной и вторичной обмоток трансформатора (звезда и треугольник). В этой интерпретации вектора токов в первичной и вторичной обмотках будут смещены на 30 градусов, что затруднит подбор количества витков. Это легко компенсировать с помощью соединения обмоток должным образом (на стороне звезды соединяют треугольником, а на стороне треугольника — звездой).

Необходимо учесть, что современные устройства, построенные на базе микропроцессоров, способны компенсировать самостоятельно и для этого нужно просто указать в настройках этого устройства.

Поперечная защита

Применяется только на высоковольтных линия. Поперечная дифференциальная защита выбирает и обесточивает одну поврежденную линию.

Она состоит из токового реле направления мощности, которое подключается, как и в продольной дифзащите, с соответствующего участка на разность токов.

Ток подается на реле через последовательно соединенные контакты для автоматического вывода защиты при отключении проблемной линии, во избежание ее действия при КЗ (коротком замыкании). Вращающий момент у реле направления мощности зависит напрямую от тока, напряжения, а также от угла между этими векторными величинами.

При коротком замыкании значение тока на одной из линий будет больше, чем на другой, и ток в реле будет иметь такое же направление, как и в первой линии. Следовательно, реле замкнет свой контакт (силы тока будет достаточно для притягивания сердечника), и дифзащита отключит линию с большим значением тока. То же самое произойдет и при повешении значения номинального тока во второй линии, но разомкнется уже другая контакторная группа.

Схема 2 — Поперечная дифзащита трансформатора

Принцип действия поперечной защиты примерно такой же, как и у продольной, но есть главное отличие: трансформаторы тока следует установить на концы отдельных линий, которые подключены к данному участку.

Преимущества и недостатки

Несмотря на широкое применение благодаря высокой скорости срабатывания, каждый из видов дифференциальных защит имеет свои плюсы и минусы.

Преимущества продольной дифзащиты:

1. Абсолютная селективность.
2. Возможность применения с другими видами защит.
3. Отлично подходит для линий электропередач (ЛЭП) небольшой длины.
4. Отключение аварийного участка сети без задержки.

К недостаткам продольной защиты можно отнести:

1. Снижается эффективность при проектировании длинных ЛЭП.
2. Необходимы устройства контроля за отказом вспомогательных проводов для корректировки дифзащиты.
3. Возникновение тока небаланса.
4. Высокая стоимость при использовании реле (реле с торможением).
5. Очень сложная реализация (дополнительно сооружаются линии связи для трансформаторов токов).

Преимущества поперечной дифзащиты:

1. Высокая селективность (100%).
2. Не оказывает влияние на работу других реле в схемах.
3. Мгновенное срабатывание.

Недостатки поперечной защиты:

1. Возрастает необходимость повторного запуска защиты при срабатывании.
2. Не применяется в виде основной и единственной защит.
3. Необходимо учитывать мертвые зоны, которых несколько.
4. Не может защитить концы линии и ошиновку подстанции.
5. Не может определить место короткого замыкания.
6. Не применяется для ЛЭП, где требуется отключить лишь поврежденные участки.
7. Не применяется с автоматическими выключателями.
8. Необходимо полностью отключать линию с повреждением.

Применение в быту

Эти виды защиты возможно применять для жилых зданий в сетях напряжением от 230 до 400 вольт, однако эти устройства называются дифаппаратами. Они бывают двух типов: дифференциальные автоматы и устройства защитного отключения. Принцип их действия основан на следствии из закона Кирхгофа (I закон), который подразумевает следующее правило: значения входящего и исходящего токов должны быть равны. Если образуется ток утечки, то величины не совпадают, и происходит отключение защищенного участка.

Основные причины возникновения тока утечки:

1. Прикосновение к частям аппаратуры, которая находится под напряжением человека или животных.
2. Пробои в изоляции линии проводки или аппаратуры.

В некоторых случаях автоматика (дифаппарат) срабатывает при отсутствии нагрузки (подключенных потребителей электроэнергии). Основная причина — неисправность аппарата или утечка тока в самой распределительной коробке. Однако если аппарат исправен, то в этом случае необходимо полное отключение всех автоматов после дифаппарата, и проверяются все элементы цепи на предмет пробоя на корпус. Для выбора дифзащиты необходимо учесть помещения и особенности электрических цепей, которые подлежат защите.

Дифзащита — оптимальный выбор для квартир с проводкой без заземления. Для обеспечения наибольшей эффективности необходимо ставить 3-уровневую защиту (несколько устройств на 10, 30 и100−300мА).

Для обеспечения техники безопасности ее необходимо проверять нажатием кнопки «Тест» не реже 2 раз в месяц, желательно это делать регулярно.

Дифавтоматы — более качественная защита, которая выполняет функции УЗО и выключателя. Если в жилом помещении имеется генератор, который получил широкое распространение, то для него также можно применить этот вид защиты. Схема включает в себя токовое реле, которое подключается к трансформатору тока. Реле необходимо установить на статоре между нулевыми точками, включенными звездой. При нормальной работе защита не срабатывает, но при возникновении межвиткового замыкания появляется разница магнитных потоков токового реле и защита срабатывает.

Дифзащиту можно также применять и для защиты от многофазных КЗ. Для этого необходимо приобрести специальный дифаппарат для многофазной защиты.

Повышение эффективности дифзащиты

Несмотря на огромный ряд преимуществ перед другими видами защит, дифзащита требует повышения эффективности ее срабатывания в аварийной ситуации при эксплуатации генераторов. Для этого необходимо соблюдать следующие правила:

1. Включение добавочных резисторов к измерительным токовым реле.
2. Минимизация апериодических величин и настройка отсечек для переходных токов небаланса.
3. Применение реле с задержкой времени срабатывания.

Таким образом, дифзащита широко применяется для обеспечения стабильной работы электрооборудования и ЛЭП, защиты от пожаров и возгораний, непредвиденных финансовых затрат, а также для сохранения жизни и здоровья человека.

Дифференциальная защита трансформатора: принцип ее работы

Дифференциальная защита молниеносно действует и не требует выдерживания по времени. При появлении прецедентов определяется короткое замыкание в области, которая контролируется. Ниже рассказано, что она собой представляет и как работает.

Что такое дифференциальная защита

Дифзащита не нуждается в выдерживании по времени, характеризуется абсолютной селективностью. Применяется в виде автоматики, отключающей трансформаторные станции при коротком замыкании и других неисправностях электрической сети.

Схема дифференциальной защиты

Принцип работы защиты

Структура дифзащиты — сборные шины, генераторы, силовые трансформаторные станции, воздушные или кабельные линии. Она имеет высокую чувствительность, что обеспечивает ее быстродействие.

К сведению! Принцип действия дифференциальной защиты трансформатора заключается в контроле токов начала и конца электроцепи. С этой целью используются трансформаторные станции, которые подключаются к устройству с помощью кабелей при их расположении в области действия одной линии распределения.

Если защищаемый участок большой и его границы размещены далеко друг от друга, то рекомендуется использование двух полукомплектов защиты, для соединения которых применяется вспомогательная кабельная линия. Это характерно при оборудовании воздушных и кабельных линий.

Схема с уравновешенным напряжением

При одинаковых токах в начале и конце участка защиты не срабатывает. Такое наблюдается, если номинальные токи протекают при коротком замыкании за пределами защищаемой зоны. При появлении замыкания, мощность электросети протекает в точку КЗ. Если питание одностороннее, например, как у генераторов и трансформаторов, то большой ток протекает от источника в защищаемую сторону, в результате чего отдается потребителю.

Кабельные и воздушные линии имеют двухсторонние токи, поэтому на точку повреждения ориентир с двух концов. В этом случае срабатывает защита, которая заставляет механизм отключить объект с двух сторон. Чтобы реализовать это, используются дифференциальные прессостаты, которые подбираются в зависимости от особенностей объекта.

Защита трансформаторной станции

Виды дифзащиты

Дифзащита бывает продольной и поперечной. Устройства держат под контролем короткие замыкания.

Поперечная

Используется для одновременной защиты нескольких линий электропередач. Принцип работы заключается в сравнении значения нагрузок трансформаторных станций. Поперечная допускает установку ТТ на разных линиях электропередач, которые отходят от одного источника электрического питания.

Токовые цепи подключаются на разные значения линий электропередач. При коротком замыкании на одной из линий нагрузка увеличивается на второй. Реакция прессостата происходит при разных значениях токовой нагрузки на линиях.

Обратите внимание! При срабатывании поперечной дифференциальной защиты обеспечивается возможность самостоятельного определения поврежденного участка обслуживающим персоналом.

Дифзащита двигателя

Продольная

Этот вид обеспечивает полноценную работу трансформаторных двигателей. Он характеризуется абсолютной селективностью, безотказностью для линий электропередач, которые имеют небольшую длину. Предоставляется возможность применения продольной защиты с другими видами.

Дифзащита сравнивает значения токовых нагрузок, которые протекают на участках линии через устройство. Чтобы замерить силу тока, используются трансформаторные станции. На двух ТТ соединяются цепи точками с прессостатом таким образом, чтобы на него воздействовала разница значений тока.

Продольный вид устройства

В этих схемах может возникать ток небаланса:

• если появляются намагничивающиеся токи в обмотках трансформаторной станции. Такое случается, если переключить режим хх на полную нагрузку, что приводит к повышению номинального значения;
• трансформаторная станция не всегда имеет такие же технические характеристики, как ТТ, с которым он работает в паре. Во избежание негативных последствий после выпуска ТТ проводятся испытания, которые определяют наиболее подходящие трансформаторные станции для работы в паре;
• при отличающихся соединениях обмоток появляются токи небаланса. Уравнять значение электрических токов невозможно, если подбирать витки токовых трансформаторных станций.

К сведению! Устройство компенсации электрического тока небаланса устанавливается в современную микропроцессорную продольную дифференциальную защиту.

Срабатываемое отключение

От чего защищает

Дифференциальная защита устраняет воздействие на моторы электрообъектов токов в результате аварий, которые могут появляться в контролируемой зоне. Защитное устройство монтируют на прессостат электродвигателя. Чтобы обеспечить правильную работу измерительной схемы, рекомендуется следить за тем, чтобы совпадали фазы входящих и выходящих токов.

Поперечную защиту устанавливают на линиях с напряжением от 35 до 220 кВ. Ее используют на параллельных линиях электропередач, которые имеют два источника напряжения. Если питание двухстороннее, то трансформаторные станции нужно установить с двух концов линии.

Продольная дифференциальная защита применяется в трансформаторных и автотрансформаторных станциях. Ее используют для охраны одиночной трансформаторной станции на ПС. Дифзащита применяется на автотрансформаторных станциях мощностью до 6300 кВ. Продольный вид необходим для трансформаторных станций, которые работают параллельно и имеют мощность более 100 кВ при условии корректного выполнения работы токовой отсечки.

Как выглядит и где находится в трансформаторе

Прессостат является реле в трансформаторной станции с тремя стержнями, которые характеризуются наличием обмоток. Исполнительный орган — это выходной токовый прессостат.

На последнем стержне трансформаторной станции расположены выводы вторичной обмотки, к которым подключается термостат. На среднем стержне 2-3 первичные обмотки, которые связаны с трансформаторными токами. Для устройства характерно наличие дополнительных короткозамкнутых обмоток, с помощью которых гасится апериодическая составляющая.

Обратите внимание! Чтобы настроить пресосстат, переключают количество витков в первичной обмотке, в результате чего в магнитопроводе добиваются равенства магнитных потоков.

Токи срабатывания выходного термостата и требуемое торможение при переходном процессе выставляются методом изменения сопротивлений резисторов в компенсирующей и выходной цепи.

Защита генератора

РТН применяется для обеспечения полноценной работы РЗА силовой трансформаторной станции. При подключении к электросети в их сердечнике сразу же наблюдается возникновение мощных намагничивающих токов. При их быстром затухании создается прецедент для защиты двигателя. Это объясняется тем, что мощность на намагничивание остается в трансформаторной станции по типу тора.

Отстройка от намагничивающих токов обеспечивается благодаря устройству РТН. Быстрое намагничивание сердечника трансформаторной станции наблюдается при резком броске тока, в результате чего прессостат не реагирует на подобное явление. Если прессостат устанавливается на мощное сквозное КЗ, то оно может сработать при воздействии токов небаланса.

Дифференциальная охрана предназначена для полноценного функционирования электрической сети. Она обеспечивает регулировку токов и выключение при их нарушении. Не стоит пренебрегать этим устройством во благо безопасности.

Принцип действия продольной дифференциальной защиты и поперечной токовой дифференциальной защиты

Принцип действия продольной дифференциальной токовой защиты

Эта защита основана на сравнении токов в начале и конце защищаемого элемента. Для выполнения защиты линии на ее концах устанавливаются измерительные трансформаторы тока с одинаковыми  коэффициентами  трансформации.

Вторичные обмотки трансформаторов тока одноименных фаз и обмотка реле соединяются так, чтобы при коротком замыкании вне зоны, ограниченной измерительными трансформаторами, ток в реле отсутствовал, а при повреждении внутри зоны был равен току короткого замыкания.

Применяются две возможные схемы выполнения дифференциальной защиты: с циркулирующими токами и с уравновешенными напряжения. С циркулирующими токами: схема получается путем параллельного соединения вторичных обмоток трансформаторов тока ТАI, ТAII и обмотки реле тока КА. При этом ток в реле İ_р определяется с учетом принятых условных положительных направлений токов İ_1I и İ_1II по концам защищаемой линии Л.

С учетом положительных направлений в нормальном режиме, а также при внешних коротких замыканиях ток в реле равен геометрической разности вторичных токов:

İ_p = İ_2I – İ_2II .                              

При равенстве первичных токов İ_1I и İ_1II и отсутствии погрешностей измерительных трансформаторов вторичные токи İ_2I = İ_2II , поэтому ток в реле I_р = 0 и защита не срабатывает. В этом случае вторичные токи İ_2I и İ_2II циркулируют только по вспомогательным проводам, соединяющим вторичные обмотки трансформаторов тока.

При повреждении в зоне токи İ_1II и İ_2II при показанном условном положительном направлении становятся отрицательными, вследствие чего токи İ_2I и İ_2II в обмотке реле складываются: İр= İ_2I + İ_2II =İ_2к . При одностороннем питании один из токов, например İ_2II , равен нулю. При этом ток İ_2I не может замыкаться через вторичную обмотку второго трансформатора тока, так как трансформатор тока работает в режиме источника тока (сопротивление обмотки реле во много раз меньше внутреннего сопротивления трансформатора тока). Весь ток İ_2I проходит через реле. Таким образом, при коротком замыкании в зоне ток в реле İ_р определяется током İ_к в точке повреждения. При этом защита срабатывает, если I_Р > I_cp.

Следовательно, продольная дифференциальная защита действует при повреждениях в зоне и не реагирует на внешние короткие замыкания и токи нормальной работы, т.е. она обладает абсолютной селективностью. Эта принципиальная особенность дает возможность выполнять защиту без выдержки времени, а при выборке тока срабатывании — не учитывать токов нагрузки.

В действительности трансформаторы тока имеют погрешности. Поэтому, несмотря на равенство первичных токов, вторичные токи İ_2I и İ_2II при нормальной работе и внешних коротких замыканиях не одинаковы по абсолютному значению и не совпадают по фазе и в реле появляется ток, называемый током небаланса I_нб . Для исключения неправильной работы дифференциальной защиты ток срабатывания реле должен выбираться с учетом токов небаланса.

Поперечная дифференциальная токовая защита

Принцип действия защиты и выбор тока срабатывания.

Эта защита основана на сравнении токов одноименных фаз параллельных цепей с мало отличающимися параметрами. Для осуществления защиты используют трансформаторы тока с одинаковыми коэффициентами трансформации, установленные со стороны питающих шин А. Реле тока КА включается на разность токов двух одноименных фаз сдвоенной линии по схеме с циркулирующими токами. При принятом условном положительном направлении токов от шин в линию ток в реле İ_р = İ_2I – İ_2II . Поэтому, как и в продольной дифференциальной защите, при нормальной работе и внешних коротких замыканиях (за пределами сдвоенной линии в точке K₁) по обмотке реле проходит только ток небаланса.

Ток срабатывания реле тока выбирается по условию I_с.р = k_зап I_{нб.рсч.max} при k_зап = 1,3. Максимальный расчетный ток небаланса для защиты линий с одинаковыми параметрами определяется по выражению :

I_{нб.рсч.max} = 0,1k_одн k_ап I⁽³⁾_к.вн.max /(2K_I).                         

Учитывая изложенное о возможных погрешностях трансформаторов тока и о апериодической составляющей, можно принять k_одн k_ап =1,0.

При коротком замыкании на одной из линий равенство токов İ_2I и İ_2II нарушается, в реле появляется ток. Если İ_р = | İ_2I – İ_2II | > İ_c.p, то реле срабатывает и отключает выключатель Q линии.

Мертвая зона защиты.

При удалении точки короткого замыкания от места установки защиты ток в поврежденной линии уменьшается, а в неповрежденной возрастает, вследствие чего ток I_р в обмотке реле уменьшается  так, что  при повреждении вблизи шин противоположной подстанции, он становится меньше тока срабатывания. При этом защита отказывает в действии. Длина участка l_м.з , при повреждении в пределах которого защита не работает из-за недостаточного тока в реле, называется мертвой зоной поперечной дифференциальной токовой защиты.

l_м.з = (İ_с.з / İ_к )l_л .                                                          

Согласно требованиям, длина мертвой зоны не должна превышать l_м.з < 0,1l_л .

Оценка защиты.

Защита по принципу действия не защищает сборки сдвоенной линии и шины подстанции, а в случае отключения одной из цепей должна выводиться из действия, так как ее ток срабатывания в общем случае оказывается не отстроенным от тока оставшейся в работе цепи и защита не имеет выдержки времени. Это, а также наличие мертвой зоны являются недостатком защиты, исключающим возможность ее применения в качестве единственной защиты сдвоенных линий.

Поперечная дифференциальная токовая защита не способна определить, на какой из параллельных цепей имеется повреждение, поэтому она не может быть использована для параллельных линии с выключателями на каждой из них, когда требуется и имеется возможность отключать только поврежденную линию. Такая возможность появляется и на сдвоенной линии, если разъединители в ее параллельных цепях снабжены приводами с дистанционным управлением. В этом случае действие защиты может быть согласовано с работой устройства АПВ линии. При повреждении любой параллельной цепи защита сначала отключает выключатель Q , после этого отключается разъединитель QS1 или QS2 поврежденной цепи, а затем выключатель включается.

принцип действия, устройство, схема. Дифференциальная защита трансформатора. Дифференциальная защита по продольной линии

В статье вы узнаете, что такое дифференциальная защита, как она работает, какими положительными качествами она обладает. Также будет рассказано о недостатках защиты оборонительной линии. Также вы познакомитесь с практическими схемами защиты устройств и линий электропередач.

Дифференциальный тип защиты на данный момент считается самым распространенным и быстрым.Он способен защитить систему от межфазных неисправностей. А в тех системах, в которых используется глухозаземленная нейтраль, она может легко предотвратить возникновение однофазных неисправностей. Дифференциальный тип защиты используется для защиты линий электропередач, двигателей большой мощности, трансформаторов, генераторов.

Существует в основном два типа дифференциальной защиты:

1. с балансировкой напряжений.
2. с циркулирующим током.

В этой статье мы рассмотрим оба этих типа защиты, чтобы узнать о них как можно больше.

Диффузная защита с использованием циркулирующих токов

Принцип заключается в том, что токи сравниваются. А если быть более точным, параметры сравниваются в начале защищаемого элемента, а также в конце. Эта схема используется при реализации продольного и поперечного типа. Первые используются для обеспечения безопасности единой линии электропередачи, электродвигателей, трансформаторов, генераторов. Продольная дифференциальная защита линий очень распространена в современной электроэнергетике.Второй тип дифференциальной защиты используется при использовании линий электропередач, работающих параллельно.

Продольная дифференциальная защита линий и устройств

Для защиты продольного типа необходимо установить одинаковые трансформаторы тока на обоих концах. Их вторичные обмотки должны быть соединены друг с другом последовательно с помощью дополнительных электрических проводов, к которым необходимо подключить реле тока. И эти реле тока должны быть подключены к вторичным обмоткам параллельно.При нормальных условиях, а также при наличии внешнего короткого замыкания, в обеих первичных обмотках трансформаторов будет течь один и тот же ток, который окажется одинаковым как по фазе, так и по величине. Из-за обмотки электромагнитного тока реле будет течь немного меньше своего значения. Вы можете рассчитать его по простой формуле:

I _r = I ₁ -I ₂ .

Предположим, что текущие зависимости трансформаторов будут полностью совпадать.Следовательно, вышеупомянутая разница в текущих значениях близка или равна нулю. Другими словами, у меня _{r =} = 0, и защита в это время не работает. Во вспомогательной проводке, которая соединяет вторичные обмотки трансформаторов, циркулирует ток.

Схема продольного типа дифференциальной защиты

Такая схема дифференциальной защиты позволяет получить равные по величине значения токов, протекающих через вторичную цепь трансформаторов.Исходя из этого, можно сделать вывод, что данная схема защиты была названа так из-за

.

Дифференциальная защита трансформатора — работа и проблемы, связанные с системой дифференциальной защиты

Трансформатор является одним из основных устройств в энергосистеме. Это статическое устройство, полностью закрытое и, как правило, погруженное в масло, и поэтому неисправность, возникающая на них, обычно встречается редко. Но эффект даже редкого отказа может быть очень серьезным для силового трансформатора. Следовательно, защита силового трансформатора от возможного повреждения очень важна.

Ошибка, возникающая на трансформаторе, в основном делится на два типа: внешние и внутренние. Внешняя неисправность устраняется системой реле вне трансформатора в кратчайшие сроки, чтобы избежать любой опасности для трансформатора из-за этих неисправностей. Защита от внутренней неисправности в трансформаторе такого типа должна обеспечиваться с помощью системы дифференциальной защиты.

Схемы дифференциальной защиты в основном используются для защиты от межфазных замыканий и межфазных замыканий на землю.Дифференциальная защита, используемая для силовых трансформаторов, основана на принципе циркулирующего тока Merz-Prize. Такие типы защиты обычно используются для трансформаторов мощностью более 2 МВА.

Соединение для дифференциальной защиты для трансформатора

Силовой трансформатор соединен звездой с одной стороны, а треугольник — с другой. ТТ на стороне, соединенной звездой, соединены треугольником, а на стороне, соединенной звездой, соединены звездой. Нейтраль звездного соединения трансформатора тока и звездообразных соединений силового трансформатора заземлены.

Ограничительная катушка подключена между вторичной обмоткой трансформаторов тока. Ограничительные катушки контролируют чувствительную активность, возникающую в системе. Рабочая катушка расположена между точкой отвода ограничительной катушки и точкой звезды вторичных обмоток трансформатора тока.

Работа системы дифференциальной защиты

Обычно рабочая катушка не несет тока, поскольку ток сбалансирован на обеих сторонах силовых трансформаторов.Когда происходит внутренняя неисправность в обмотках силового трансформатора, балансировка нарушается, и рабочие катушки дифференциального реле переносят ток, соответствующий разности тока между двумя сторонами трансформаторов. Таким образом, реле отключает главные автоматические выключатели на обоих стороны силовых трансформаторов.

Проблема, связанная с системой дифференциальной защиты

Когда трансформатор находится под напряжением, в трансформаторе протекает скачок тока намагничивания.Этот ток в 10 раз превышает ток полной нагрузки и его затухание соответственно. Этот ток намагничивания протекает в первичной обмотке силовых трансформаторов, вследствие чего он вызывает разницу в выходной мощности трансформатора тока и делает дифференциальную защиту трансформатора действовать ложно.

Чтобы преодолеть эту проблему, плавкий предохранитель установлен на катушке реле. Эти предохранители имеют ограниченный по времени тип с обратной характеристикой и не работают в течение короткого времени переключения в помпаже.При возникновении неисправности предохранители перегорают, и ток неисправности протекает через катушки реле и приводит в действие систему защиты. Эта проблема также может быть преодолена путем использования реле с характеристикой обратного и определенного минимального типа вместо мгновенного типа.

,

Принципы дифференциальной защиты трансформатора

Неисправности между обмотками

Как и в случае шинной защиты, трансформаторы защищены дифференциальными реле. Сбои между обмотками (короткие замыкания) и замыкания на землю в силовых трансформаторах могут быть обнаружены с помощью этой схемы защиты.

Принципы дифференциальной защиты трансформаторов (на фото трансформаторная подстанция Penelec Collinsville 4 от PA Powerliner @ Flickr)

Невозможность обнаружить эти неисправности и быстро изолировать трансформатор может вызвать серьезное повреждение устройства .

Помните, что дифференциальное реле — это реле мгновенного максимального тока, которое работает на разность тока, протекающего в защищенную зону и из нее.

Для трансформаторов дифференциальная защита ( Рис. 1 ) в основном такая же, как и для шины, но есть некоторые отличия, которые мы рассмотрим более подробно.

Эти различия являются прямым результатом трех характеристик или трансформатора:

1. Трансформатор имеет коэффициент витков, поэтому ток на самом деле не равен току на выходе. Трансформаторы тока, скорее всего, не совсем точно соответствуют коэффициенту оборотов трансформатора, поэтому в рабочей катушке дифференциального реле трансформатора всегда будет дисбаланс тока.

2. Трансформаторы требуют тока намагничивания. В первичной обмотке трансформатора будет небольшой ток, даже если вторичная обмотка разомкнута.

3. Трансформатор имеет пусковой ток.После подачи напряжения на трансформатор существует период времени, пока магнитное поле в сердечнике не станет симметричным. Размер и длина этого броска зависит от остаточного поля в сердечнике и от точки в цикле переменного тока, на которую трансформатор снова подается.

В больших трансформаторах вход может быть в десять или двадцать раз больше тока полной нагрузки, и для снижения до незначительных значений может потребоваться несколько минут.

Рисунок 1 — Дифференциальная защита трансформатора

Трансформаторные дифференциальные реле имеют удерживающие катушки, как указано в Рисунок 1 .Значение рабочего тока должно быть на определенный установленный процент выше, чем ток, протекающий в ограничительных катушках. По этой причине трансформаторные дифференциальные реле называются дифференциально-дифференциальными реле.

Обращаясь снова к , рисунок 1 , вы заметите, что при первом включении трансформатора ток CT2 не протекает. Вторичный ток CT1 I1s протекает через удерживающую и управляющую катушки и предотвращает работу, если ток не очень высокий.

Ограничительные катушки также предотвращают работу реле из-за переключений ответвлений, когда отношение входного тока трансформатора к выходному току может непрерывно изменяться.

Еще один элемент, включенный в дифференциальные реле трансформатора, но не показанный на схеме, — это ограничение второй гармоники.

При первом включении трансформаторов происходит чрезмерное течение (насыщение) сердечника, и большой пусковой ток возбуждения имеет искаженную форму волны. Этот сигнал описывается как имеющий высокое содержание второй гармоники.

Дифференциальные реле трансформатора используют этот известный факт и добавляют дополнительную сдержанность при обнаружении этой второй гармоники . Эта дополнительная функция предотвращает отключение трансформатора из-за тока намагничивания при подаче питания, но не добавляет никакой временной задержки.

Поскольку дифференциальное реле не будет работать с током нагрузки или неисправностями за пределами защищенных зон (из-за неисправностей), его можно настроить на работу при низком значении тока, что обеспечивает быструю работу при возникновении неисправности.Нет необходимости задерживать время срабатывания реле, поэтому можно использовать реле быстрого действия.

Ресурс: Основы науки и реакторов — электротехника — Техническая учебная группа CNSC

,

Схема дифференциальной защиты трансформатора

SIPROTEC 4 7UT6 Реле дифференциальной защиты для трансформаторов — Подключение дифференциальной защиты трансформатора с высоким полным сопротивлением REF (I7) и измерением тока нейтрали на I8

Введение

Дифференциальная защита — это защита типа устройства для определенной зоны или единицы оборудования. Он основан на том факте, что только в случае внутренних неисправностей в зоне, дифференциальный ток (разность между входными и выходными токами ) будет с высокой .

Тем не менее, дифференциальный ток иногда может быть значительным даже без внутренней неисправности .

Это связано с определенными характеристиками трансформаторов тока ( различных уровней насыщения, нелинейности ), измеряющих входные и выходные токи, и защищаемого силового трансформатора.

За исключением пускового тока и тока перевозбуждения, большинство других проблем можно решить с помощью дифференциального реле процента, которое добавляет к нормальному дифференциальному реле две ограничивающие катушки, питаемые от сквозного зонного тока, путем правильного выбора результирующая процентная дифференциальная характеристика и правильное подключение трансформаторов тока на каждой стороне силового трансформатора.

Предохранительные дифференциальные защитные реле в процентах эксплуатируются в течение многих лет. На рисунке 1 показана типичная схема подключения дифференциального реле. Дифференциальные элементы сравнивают рабочий ток с током ограничения.

Рабочий ток ( также называется дифференциальным током ), I _d , может быть получен из векторной суммы токов, поступающих в защищаемый элемент:

Рисунок 1 — Простая схема подключения для защиты дифференциального силового трансформатора

I _d пропорционально току короткого замыкания для внутренних неисправностей и приближается к нулю для любых других рабочих ( идеальных ) условий.

Существуют различные альтернативы для получения ограничивающего тока , I _RT . Наиболее распространенными из них являются следующие:

, где k — коэффициент компенсации, обычно принимаемый за 1 или 0,5 .

Дифференциальное реле генерирует сигнал отключения , если дифференциальный ток, I _d , больше, чем процент от тока ограничения, I _RT :

Название:	Схема дифференциальной защиты трансформатора с алгоритмом обнаружения внутренних неисправностей с использованием логики блокировки удержания второй гармоники и пятой гармоники — Уахди Дрис, Фараг.М. Эльмарейми и Рекина Фуад
Формат:	PDF
Размер:	259,3 КБ
Страницы:	5
Загрузить:	Прямо здесь | Получите Больше с Премиум Членством | Загрузить Скачать Обновления

Схема дифференциальной защиты трансформатора с алгоритмом обнаружения внутренних неисправностей с использованием логики блокировки удержания второй и пятой гармоник ,

No related posts.

0 comments on “Продольная дифференциальная защита трансформатора: Дифференциальная защита трансформатора: типы, принцип действия | ENARGYS.RU”

Добавить комментарий Отменить ответ

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Comment *

Name *

Email *

Website