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 — это.

.. Что такое Дифференциальная защита?

Дифференциа́льная защи́та — один из видов релейной защиты, отличающийся абсолютной селективностью и выполняющейся быстродействующей (без искусственной выдержки времени). Применяется для защиты трансформаторов, автотрансформаторов, генераторов, генераторных блоков, двигателей, линий электропередачи и сборных шин (ошиновок). Различают продольную и поперечную дифференциальные защиты.

Продольная дифференциальная защита

Принцип действия

Дифференциальная защита силового трансформатора

Принцип действия продольной дифференциальной защиты основан на сравнении токов, протекающих через участки между защищаемым участком линии (или защищаемом аппаратом). Для измерения значения силы тока на концах защищаемого участка используются трансформаторы тока(TA1, TA2). Вторичные цепи этих трансформаторов соединяются с токовым реле(KA) таким образом, чтобы на обмотку реле попадала разница токов от первого и второго трансформаторов.

В нормальном режиме (1) значения величины силы тока вычитаются друг из друга, и в идеальном случае ток в цепи обмотки токового реле будет равен нулю. В случае возникновения короткого замыкания (2) на защищаемом участке, на обмотку токового реле поступит уже не разность, а сумма токов, что заставит реле замкнуть свои контакты, выдав команду на отключение поврежденного участка.

В реальном случае через обмотку токового реле всегда будет протекать ток отличный от нуля, называемый током небаланса. Наличие тока небаланса объясняется рядом факторов:

• Трансформаторы тока имеют недостаточно идентичные друг другу характеристики. Чтобы снизить влияние этого фактора, трансформаторы тока, предназначенные для дифференциальной защиты, изготавливают и поставляют попарно, подгоняя их друг к другу еще на стадии производства. Кроме того, при использовании дифференциальной защиты, например, трансформатора, у измерительных трансформаторов тока изменяют число витков, в соответствии с коэффициентом трансформации защищаемого трансформатора.
• Некоторое влияние на возникновение тока небаланса может оказывать намагничивающий ток, возникающий в обмотках защищаемого трансформатора. В нормальном режиме этот ток может достигать 5 % от номинального. При некоторых переходных процессах, например при включении трансформатора с холостого хода под нагрузку, ток намагничивания на короткое время может в несколько раз превышать номинальный ток. Для того, чтобы учесть влияние намагничивающего тока, ток срабатывания реле принимают большим, чем максимальное значение намагничивающего тока.
• Неодинаковое соединение обмоток первичной и вторичной стороны защищаемого трансформатора (например, при соединении обмоток Y/Δ) так же влияет на возникновение тока небаланса. В данном случае во вторичной цепи защищаемого трансформатора вектор тока будет смещён относительно тока в первичной цепи на 30°. Подобрать такое число витков у трансформаторов тока, которое позволило бы компенсировать эту разницу, невозможно. В этом случае угловой сдвиг компенсируют с помощью соединения обмоток: на стороне звезды обмотки трансформаторов тока соединяют треугольником, а на стороне треугольника соответственно звездой.

Следует отметить, что современные микропроцессорные устройства защиты способны учитывать эту разницу самостоятельно, и при их использовании, как правило, вторичные обмотки измерительных трансформаторов тока соединяют звездой на обоих концах защищаемого участка, указав это в настройках устройства защиты.

Дифференциальная защита трёхфазного трансформатора, обмотки которого соединены по схеме Y/Δ)

Область применения

Дифференциальная защита устанавливается в качестве основной для защиты трансформаторов и автотрансформаторов. Одним из недостатков такой защиты является сложность её исполнения: в частности, требуется наличие надёжной, помехозащищённой линии связи между двумя участками, на которых установлены трансформаторы тока. В связи с этим, дифференциальную защиту применяют для защиты одиночно работающих трансформаторов и автотрансформаторов мощностью 6300 кВА и выше, параллельно работающих трансформаторов и автотрансформаторов мощностью 4000 кВА и выше и на трансформаторах мощностью 1000 кВА и выше, если токовая отсечка не позволяет добиться необходимой чувствительности при коротком замыкании на выводах высокого напряжения, а максимальная токовая защита имеет выдержку времени более, чем 0,5 с.

<></>== Поперечная дифференциальная защита ==

Принцип действия

Принцип действия поперечной дифференциальной защиты так же заключается в сравнении значений токов, но в отличие от продольной, трансформаторы тока устанавливаются не на разных концах защищаемого участка, а на разных линиях, отходящих от одного источника (например, на параллельных кабелях, отходящих от одного выключателя). Если произошло внешнее короткое замыкание, то данная защита его не почувствует, так как разность значений силы тока, измеряемых на этих линиях, будет практически равна нулю. В случае же короткого замыкания непосредственно на одном из защищаемых кабелей разница токов не будет равняться нулю, что даст основание для срабатывания защиты.

Область применения

Данная защита устанавливается только как дополнительная, что связано с серьёзным её недостатком: в случае выведения из эксплуатации одной из линий, защита перестаёт быть селективной, поэтому её приходится отключать. Однако, этот вид защиты довольно прост в исполнении, а также позволяет производить селективное отключение в тех сетях, где нет возможности установить токовую отсечку. Поперечную защиту применяют для защиты кабельных линий, генераторов

Направленная поперечная защита

Применяется для защиты параллельных линий, присоединенным через самостоятельный выключатель.

Защита выбирает и отключает только одну поврежденную линию.

Защита состоит из пускового органа (токовое реле), которое включается также, как и в поперечной дифференциальной защите с участка направления мощности, включенного на разность токов защищаемых линий и на напряжение шин подстанции.

Оперативный ток подается на реле защиты через последовательное соединение вспомогательных контактов защищаемых линий для того, чтобы защита автоматически выводилась из действия при отключении одной из линий, во избежание ее не селективного действия при внешнем КЗ.

Значение и знак вращающего момента у реле направления мощности зависит от значения тока, напряжения и угла между ними.

При КЗ на линии 1 ток в линии 1 будет больше тока в линии 2, поэтому их разность, т.е. ток в реле, будет иметь такое же направление, как и ток в линии 1. Реле направления мощности замкнет контакт KW1 и защита отключит поврежденную линию 1.

При повреждении на линии 2 ток в ней будет больше тока в линии 1, и ток в реле изменит направление на противоположное. Замкнется контакт KW2 и защита отключит поврежденную линию 2.

Источники

• Голанцов Е.Б., Молчанов В. В. Дифференциальные защиты трансформаторов с реле типа ДЗТ-21 (ДЗТ-23). Москва, Энергоатомиздат, 1990
• «Релейная защита распределительных сетей» Издание второе, переработанное и дополненное. Я. С. Гельфанд Москва. Энергоатомиздат 1987.
• «Релейная защита энергетических систем» Чернобровов Н. В., Семенов В. А. Энергоатомиздат 1998
• «Руководящие указания по релейной защите. Вып. 13А(Б). Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110-500 кВ» Составитель Т.Н. Дороднова: Энергоатомиздат 1985,-96 с. , ил.

Дифференциальная защита трансформаторов | Устройства релейной защиты и автоматики и их эксплуатация

Страница 12 из 20

В качестве основной быстродействующей защиты Т и АТ от замыканий витков одной фазы, от КЗ между фазами и однофазных КЗ на землю широкое распространение получила дифференциальная РЗ с
зоной действия, ограниченной ТТ, установленными со сторон ВН и НН трансформатора или со сторон ВН, СН и НН автотрансформатора.
Со стороны 110-220 кВ энергоблоков, присоединяемых, к двойной системе шин, дифференциальная защита включается на выносные ТТ, устанавливаемые возле выключателя 110-220 кВ, При замене этого выключателя обходным защита переключается на ТТ обходного выключателя и охватывает всю ошиновку от обходного выключателя до защищаемого трансформатора, включая обходную систему шин.
На энергоблоках с ВН 330 кВ и более, присоединяемых на стороне ВН через два выключателя, дифференциальная защита включается на ТТ, встроенные в трансформатор блока. При этом она не защищает вводы ВН трансформатора и ошиновку на стороне ВН.
Для защиты вводов Т и его ошиновки на стороне ВН 330 кВ и выше энергоблоков с двумя выключателями по полуторной схеме, схеме 4/3 или схеме многоугольника применяют дифференциальную защиту, включаемую на ТТ, установленные в цепи каждого выключателя, и на ТТ, встроенные в Т (АТ) энергоблока. Защита ошиновки используется как при работе блока, так и при его ремонте, когда выключатели ВН остаются в работе.
Достоинствами дифференциальных токовых защит, охватывающих все обмотки Т или АТ, являются быстрота и действие при КЗ внутри баков, вне их, в зоне, ограниченной ТТ схемы., В отличие от аналогичной продольной защиты генераторов рассматриваемая защита реагирует на витковые КЗ. Недостатком защиты может являться недостаточная чувствительность при КЗ внутри обмоток, что усугубляется в случае довольно грубых защит. Поэтому для мощных Т стремятся применять защиты с существенно меньшими током напряжения, и использовать совместно с дифференциальной газовую защиту, реагирующую практически на все повреждения внутри баков, но работающую обычно медленнее.
Рекомендуется применять дифференциальную токовую защиту на одиночно работающих Т мощностью 6,3 MBA и более, на Т, работающих параллельно, и на ТСН станций мощностью 4 MBA и более.
Дифференциальная защита типов ДЗТ-21, ДХГ-23 предназначена для использования в качестве основной защиты трех фаз силовых трансформаторов при всех видах коротких замыканий и тока.

В комплект дифференциальной защиты входят: основная защита, приставка дополнительного торможения тила ПТ-I и автотрансформатор тока типов АТ-31, АТ-32. Приставка торможение от одной группы высоковольтных ТТ используется в тех случаях, когда требуется обеспечить торможение от трёх или четырех групп ТТ. Автотрансформатор тока служит для расширения диапазона выравнивания токов плеч одной фазы защиты и для подключения к высоковольтным ТТ с номинальным вторичным током I А.
Для отстройки от бросков намагничивающего тока силовых трансформаторов и переходных токов небаланса используется времяимпульсный принцип в сочетании с торможением от второй гармоники дифференциального тока. Для повышения отстройки от установившихся и переходных токов небаланса используется также торможение от токов плеч защиты.
Конструктивно защита представляет четырехмодульную кассету — три фазных модуля и модуль питания и управления.

Рис. 21. Однолинейная структурная схема защиты ДЗТ-21

Упрощенная однорелейная структурная схема РЗ (рис. 21) включает промежуточные АТ ТL1 и TL2 для выравнивания вторичных токов; промежуточные Т 7L3 и TL4 и выпрямители VS1 и VS2, через которые формируется тормозной ток плеч защиты, подаваемый к реагирующему органу РО; стабилитрон VD, включенный последовательно в тормозную цепь и обеспечивающий при небольших токах работу защиты без торможения; трансреактор ТАУ, ко вторичным обмоткам которого подключены через выпрямитель VS3 реле дифференциальной отсечки КА и цепь торможения от тока второй гармоники; фильтр тока второй гармоники ZF и выпрямитель VS4, через которые подается к РО тормозной ток второй гармоники; устройство формирования, подготавливающее токи смещения, подаваемые в РО, пропорциональные тормозным токам.
Параметры рабочей цепи, состоящей из трансреактора TAV, выпрямителя VS3 и резисторов, подобраны таким образом, что реле практически не замедляется при синусоидальных токах КЗ с апериодической составляющей.
При больших токах КЗ в защищаемой зоне ТТ могут насыщаться, вследствие чего во вторичном токе ТТ появляются паузы. Наличие трансреактора способствует сокращению их длительности и обеспечивается работа РО при погрешности ТТ до 40 %. При большей кратности тока должна работать имеющаяся в защите дифференциальная отсечка. Цепь торможения от второй гармоники содержит фильтр, выпрямительный мост VS4 на диодах и стабилитронах, сглаживающий конденсатор и резисторы. В качестве тормозного сигнала используется выпрямленный ток плеча фильтра. Стабилитроны применены для ограничения тормозного сигнала при больших токах КЗ в зоне защиты.
Торможение током второй гармоники обеспечивает отстройку от разнополярного тока включения с длительностью пауз не менее 4,5 мс и относительным содержанием второй гармоники не менее 43 %.
Цепь процентного торможения состоит из промежуточных автотрансформаторов Т1 и T2, выпрямительных мостов VS1 и VS2, диодов и стабилитронов. Благодаря включению стабилитронов в начальной части тормозной характеристики имеется горизонтальный участок, длина которого может изменяться, Коэффициент торможения регулируется переменным резистором. Торможение осуществляется от суммы токов плеч защиты. Действие токов плеч защиты и приставки выравнивается с помощью ответвлений от первичных обмоток трансформатора и промежуточных ТТ в диапазоне токов от 2,5 до 5 А.
Реагирующий орган состоит из формирователя прямоугольных импульсов, элемента выдержки времени на возврат (Вв) и элемента выдержки времени (В). Уставка элемента Вв находится в пределах 4,5-5 мс; уставка элемента В — в пределах 21-23,5 мс и РО обеспечивает надежную отстройку защиты от однополярных токов включения и срабатывание при синусоидальном токе внутреннего КЗ.
Ток рабочей цепи после двухполупериодного выпрямления без сглаживания подают на вход РО. Тормозные токи (процентного торможения и второй гармоники) после двухполупериодного выпрямления со сглаживанием тоже подают на вход РО, но встречно с рабочим током. Выходы РО всех трех фаз подают на усилитель и выходные реле.
Минимальный ток срабатывания защиты может устанавливаться в диапазоне (0,3-0,7)  ответвления; время срабатывания защиты ДЗТ-21 при синусоидальном токе не более 0,04 с< в условиях переходного процесса может возрастать до 0,08 с.

Техническое обслуживание.

При эксплуатации защиты следует осматривать и проверять работоспособность защиты в соответствии с требованиями техобслуживания не реже одного раза в три года.
Контакты исполнительного органа зачищаются острым лезвием ножа либо чистым надфилем, затем протираются чистой мягкой тряпочкой. Не следует касаться контактов пальцами.
Модули реле дифференциальной защиты и модуль питания проверяются как в кассете, так и вне ее.
Перед включением защиты в работу с действием на отключение, после установки модулей, рекомендуется проверить напряжение Небаланса, вызванное током нагрузки силового трансформатора.
Схема реле ДЗТ-21, ДЗТ-23 учитывает многие факторы, которые обеспечивают высокую чувствительность, быстродействие и эффективное функционирование. Однако она достаточно сложна и имеет некоторые недостатки — неполную отстройку от переходных токов небаланса при сквозных КЗ; несогласованность по чувствительности токовой отсечки и, например, устройства торможения. Поэтому на практике получают распространение и более простые схемы.
Защита с реле ДЗТ-11, имеющая промежуточный насыщающийся трансформатор и одну тормозную обмотку, устанавливается на

понижающих двухобмоточных 110-220UKH,оснащенных устройством РГТН. Защита выполняется в двухрелейном исполнении. В зону действия дифференциальной РЗ, кроме выводов НН трансформатора, попадают также подключенные к ним реакторы 6- 10 кВ. Ток срабатывания РЗ выполняется большим
К достоинствам реле следует отнести: простоту конструкции; надежную отстройку от апериодической составляющей токов намагничивания; возможность выполнения реле с тремя и более тормозными обмотками, что используется в РЗ многообмоточных трансформаторов.
Основными недостатками являются; невозможность иметь ток 1,5ном, что необходимо для защиты Т большой мощности; неоднозначность тормозной характеристики; значительные габариты.
Защита с реле РНТ-565 применяется на Т, имеющих не очень большую мощность, и на энергоблоках, подключаемых через одни выключатель к двойной системе шин.
Реле РНТ-565 состоит из трехстержневого с глубоким насыщением трансформатора (НТТ) и питающегося от него реле типа РТ-40/0,2. Схема дифференциальной РЗ с реле РНТ-565 представлена на рис. 22. Обмотки образуют насыщающийся трансформатор; первая включается по дифференциальной схеме (на разность токов), вторая — питает токовое реле КА (РТ-40). Уравнительные обмотки включаются в плечи РЗ и служат для уравнивания вторичных токов. В РЗ двухобмоточных Т используется одна обмотка. Число витков уравнительной обмотки регулируется с помощью отпаек и подбирается так, чтобы при внешнем КЗ ток в реле (в обмотке СО2) отсутствовал.
Ток срабатывания РЗ регулируется изменением числа витков обмотки. Короткозамкнутая обмотка повышает отстройку реле от токов небаланса и бросков намагничивающих токов силового Т.
Основным достоинством схемы является простота выполнения, что обусловило ее довольно широкое применение.
В настоящее время взамен всей серии реле РНТ-560 и ДЗТ-11 начался выпуск статических дифференциальных токовых реле РСТ-23 с торможением и отстройкой от неустановившихся переходных
процессов. Реле выполняются с питанием от оперативного постоянного и переменного токов.

Рис. 22. Дифференциальная защита с реле типа РНТ-565

Дифференциальная токовая отсечка применяется на Т малой мощности и в качестве резервной к более чувствительным защитам Т.
Дифференциальной токовой отсечкой называется дифференциальная защита мгновенного действия, имеющая ток срабатывания больше броска намагничивающего тока (/ =(3-5)Iном). Принципиальная схема дифференциальной отсечки приведена на рис. 23.
Броски намагничивающего тока в первый момент включения Т могут превышать. Однако эти токи очень быстро затухают, что позволяет отстроиться от них за счет собственного времени действия реле дифференциальной отсечки. Для этого в схеме применяется выходное промежуточное реле KL со временем срабатывания 0,04-0,06 с.

Рис. 23. Принципиальная схема дифференциальной отсечки двухобмоточного трансформатора: а — схема токовых цепей; б — схема цепей оперативного тока

Достоинством отсечки являются простота и быстродействие. Недостатком следует считать ограниченную чувствительность.

Дифференциальная защита: принцип работы и виды

Дифференциальная защита – подтип релейной защиты. Характеризуется быстротой действия и абсолютной селективностью. Область применения – безопасная работа двигателей, ЛЭП, сборных шин, трансформаторов и генераторов, автотрансформаторов, предохранение генераторов от многофазных коротких замыканий (КЗ).

Дифференциальная защита двигателя

Дифференциальные устройства защищают электроаппараты от межфазных замыканий. В системах с глухозаземленной нейтралью дифзащита предназначена для предотвращения коротких замыканий.

Выделяют два вида дифзащиты: продольную и поперечную.

Продольная дифзащита

Преимущества:

• абсолютная селективность;
• можно применять без ограничений с другими видами;
• безотказна для ЛЭП небольшой длины;
• без задержки во времени отключает аварийный участок сети.

Недостатки:

• при проектировании дифзащиты для длинных ЛЭП значительно снижается эффективность ее действия. Для корректировки работы необходимы устройства контроля отказа вспомогательных проводов;
• возникает ток небаланса;
• высокая стоимость в случае применения реле с торможением;
• сложность реализации – необходимо сооружение линии связи между участками проводников, к которым производится подключение трансформатора тока.

Области действия:

• защита автотрансформатора и трансформатора;
• защита на ПС одиночного трансформатора или автотрансформатора с установленной мощностью более 6300 кВА;
• дифзащита параллельно работающих трансформаторов мощностью более 1000 кВА, если токовая отсечка выполняет корректно свою функцию.

Дифференциальная защита трансформатора

Принцип действия

Принцип работы аппаратов дифзащиты построен на сравнении значения токовых нагрузок, протекающих через защитные устройства на участках линии. Для замеров силы тока целесообразно применение трансформатора. Цепи двух ТТ соединяют с реле так, чтобы на него не действовала разница значений тока между обмотками трансформаторов. В реальных условиях эксплуатации всегда присутствует электроток небаланса.

Возникновение тока небаланса

• Возникновение намагничивающихся токов в обмотках трансформатора.  В некоторых случаях, например, от действия переключения из режима ХХ на полную нагрузку, его значение может превышать номинальное. В связи с этим, ток уставки реле выбирают большим, чем максимальное значение намагничивающегося тока.
• ТТ не всегда абсолютно точно совпадают друг с другом по техническим характеристикам. Чтобы избежать негативных последствий, принцип испытаний трансформаторов на производстве заключается в подборе подходящих пар, которые поставляются в комплектах.
• Соединение обмоток. При разных соединениях (звезда-треугольник, например) также возникают токи небаланса. Уравнивание значений электротока невозможно решить путем подбора витков токового трансформатора. Сдвиг угла компенсируется соединением обмоток: треугольник для звезды и, наоборот.

Современная микропроцессорная продольная дифзащита снабжается устройством компенсации электротока небаланса.

Поперечная дифзащита

Применяется для предохранения нескольких линий электропередачи от КЗ, подключенных под одну систему шин.

Принцип работы

Поперечная дифзащита включает токовое реле также, как и продольная – от разности токов защищаемых линий.

Токовое реле сравнивает значения нагрузок каждого трансформатора. В отличие от продольной, для поперечной защиты ТТ могут быть установлены на разных ЛЭП, отходящих от единого источника электропитания. Пример – несколько фидеров, действующих от одного автоматического выключателя. Принцип действия защиты дифференциальной не позволяет ей срабатывать от действия внешних КЗ. Поперечная защита срабатывает, когда разница значений не будет равна нулю, т.е. возникает аварийная ситуация на одной из линий.

Схема срабатывания защиты

Токовые цепи подключаются на разность значений двух ЛЭП. Если происходит короткое замыкание на одной из линий, токовая нагрузка одного трансформатора (подключенном к ЛЭП с КЗ) становится больше, чем другого. Реле реагирует на разность значений и срабатывает отключение аварийной ЛЭП. Устройство защиты рассчитано на выбор и отключение только той линии, которая повреждена.

Таким образом, если срабатывает поперечная дифференциальная защита, обслуживающий персонал самостоятельно определяет поврежденный участок линии, отключает его, выводит реле из действия и включает работоспособные участки ЛЭП.

Преимущества:

• 100% селективность;
• не влияет на работу других реле;
• не имеет временного промежутка отключения – срабатывает мгновенно.

Недостатки:

• необходим принудительный повторный запуск после срабатывания отключения;
• не может применяться как основная единственная защита;
• необходимо применение дополнительных мероприятий для мониторинга мертвых зон;
• не защищает концы линии и ошиновку на ПС – имеет несколько мертвых зон;
• самостоятельно не определяет место действия КЗ;
• не применяется для ЛЭП с автоматическими выключателями, где требуется отключение лишь поврежденных участков ЛЭП;
• необходимость полного выведения из действия одной линии.

Область применения

• Устанавливается на линиях 35-220 кВ.
• Поперечная дифференциальная защита используется на параллельных ЛЭП с двумя источниками напряжения как резервная, на линиях с односторонним питанием – как основная. При двухстороннем питании ТТ устанавливаются с обоих концов линии, при одностороннем – лишь на источнике питания. Имеет место на ЛЭП с одинаковым сопротивлением (провода и кабели одного сечения, одинаковая нагрузка).

Если мертвая зона на ЛЭП составляет не более 10%, то такую ЛЭП можно считать эффективно защищенной.

Дифзащита в сетях 0,23-0,4 кВ

Для повышения эффективности работы ЛЭП применяются устройства, принцип действия которых основан на магнитно-электрических реле.

Принцип работы

Дифаппараты (дифференциальные автоматы и устройства защитного отключения), установленные на вводах в жилые и административные здания, при прохождении электротока через них, сравнивают значения входящего и выходящего тока. Если величины, не совпадают, то происходит автоматическое разъединение цепи.

Причины возникновения тока утечки:

• прикосновение живых организмов к оголенным токопроводам;
• пробои в изоляции электропроводки, кабелей бытовых электроприборов.

Если автоматика срабатывает без нагрузки, то такой прибор нельзя считать исправным, или в самом распределительном щите протекают токи утечки. Если заведомо известно, что аппарат исправен, необходимо отключить все автоматы после УЗО. Принцип последовательного их переподключения определяет аварийный участок электроцепи.

При первом срабатывании отключения УЗО, необходимо запустить его снова, т.к. возможны ложные срабатывания устройства. Если отключение повторяется, то в сети присутствует неисправность.

Величины отсечки дифзащиты выбирают из стандартного ряда в зависимости от назначения: пожаробезопасность, вводные дифавтоматы, квартирные и фидерные УЗО, УЗО для влажных и детских комнат. УЗО на 10 и 30 мА защищают человека от фибрилляции желудочков.

Реализуется путем установки дифференциальных автоматов и УЗО на вводах в коттеджи, групповых щитках. Принято считать, что наиболее эффективная безопасность – трехуровневая, когда действуют несколько устройств: 100-300, 30 и 10 мА одновременно.

Дифференциальная токовая защита может быть эффективна в квартирах с проводкой без заземления. Она чувствительна к токам утечки, поэтому обеспечивает полную безопасность от поражения электротоком.

Устройство защитного отключения

Необходимо регулярно проверять работоспособность устройств защитного отключения (не реже 1 раза в 3 месяца). Для чего на корпусе устройства предусмотрена кнопка «ТЕСТ».

Дифференциальные автоматы совмещают в себе функции выключателя и УЗО:

• защищают линии от перегрузки;
• расцепление контактов при наличии токов утечки.

Современная дифференциальная токовая защита способна обеспечить полную безопасность от поражения электричеством.

Поперечная дифзащита генераторов

Принцип действия

Схема включает в себя токовое реле, подключенное к ТТ. Реле устанавливается между нулевыми точками статора, включенными по схеме «звезда». При безаварийной работе разница токов равна нулю. Если происходит витковое замыкание, появляется разница и срабатывает дифференциальная защита. Также выполняет функцию защитного устройства от многофазных КЗ:

• на генераторах с прямым охлаждением устанавливаются токовые отсечки без задержки во времени;
• на устройствах с косвенным охлаждением с дифзащитой совместно устанавливают реле времени.

Защитный аппарат для генератора

Повышение эффективности дифзащиты

• Включение в цепь измерительных токовых реле дополнительных добавочных сопротивлений. Применяется для маломощных генераторов.
• Исключение апериодической величины токовых нагрузок небаланса.
• Отстройка отсечки от переходных токов небаланса. Единственным недостатком метода является снижение быстродействия дифференциальных устройств. Применяется в реле РНТ для повышения надежности работы насыщающегося трансформатора.
• Использование реле с торможением. Способ значительно удорожает систему защитных мероприятий.

Защита трансформаторов. Видео

Видео ниже рассказывает об особенностях дифференциальной защиты трансформаторов.

Дифференциальная защита – важное мероприятие для стабилизации работы электрооборудования и ЛЭП. Современные технологии разработаны с учетом особенностей работы практически каждого электротехнического устройства. Эффективно запроектированная дифзащита позволяет повысить надежность линий и оборудования и снизить стоимость их эксплуатации.

Оцените статью:

Дифференциальная защита трансформаторов | Бесплатные дипломные работы на DIPLOMKA.NET

Дифференциальная защита применяется в качестве основной быстродействующей защиты трансформаторов и автотрансформаторов. Ввиду ее сравнительной сложности дифференциальная защита устанавливается не на всех трансформаторах (автотрансформаторах), а лишь в следующих случаях:
– на одиночно работающих трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 6300 кВА и выше;
– на параллельно работающих трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 4000 кВА и выше;
– на трансформаторах мощностью 1000 кВА и выше, если токовая отсечка не обеспечивает необходимой чувствительности (kЧ При параллельной работе трансформаторов (автотрансформаторов) дифференциальная защита обеспечивает не только быстрое, но и селективное отключение поврежденного трансформатора (автотрансформатора), что поясняется на рисунке 1.
Если параллельно работающие трансформаторы Т1 и Т2 имеют только максимальные токовые защиты, то при повреждении, например, в точке К на вводах низшего напряжения трансформатора Т1 подействуют максимальные токовые защиты обоих трансформаторов, а так как их выдержки времени одинаковы, отключатся оба трансформатора.
Дифференциальная защита, действующая без выдержки времени, обеспечивает в рассмотренном случае отключение только поврежденного трансформатора. Для выполнения дифференциальной защиты трансформатора (автотрансформатора) устанавливаются трансформаторы тока со стороны всех его обмоток, как показано на рисунке 2 для двухобмоточного трансформатора. Вторичные обмотки соединяются в дифференциальную схему и параллельно к ним подключается токовое реле. Аналогично выполняется дифференциальная защита автотрансформатора.

Рисунок 1 – Прохождение тока к.з. и действие максимальной токовой защиты при повреждении одного из параллельно работающих трансформаторов (автотрансформаторов).

При рассмотрении принципа действия дифференциальной защиты условно принимается, что защищаемый трансформатор имеет коэффициент трансформации, равный единице, одинаковое соединение обмоток и одинаковые трансформаторы тока с обеих сторон.
Если схема дифференциальной защиты выполнена правильно и трансформаторы тока имеют точно совпадающие характеристики, то при прохождении через трансформатор тока нагрузки или тока сквозного к.з. ток в реле дифференциальной защиты трансформатора отсутствует. Следовательно, дифференциальная защита трансформатора, так же как дифференциальная защита линий, на такие режимы не реагирует.

Рис. 9-2. Принцип действия дифференциальной защиты трансформатора (автотрансформатора):
а — токораспределение при сквозном к.з.; б — токораспределение при к.з. в трансформаторе (в зоне действия дифференциальной защиты)

При к.з. в трансформаторе или любом другом месте между трансформаторами тока направление токов I1 и I2 изменится на противоположное, как показано на рисунке 2, б. Т.е. в зоне дифференциальной защиты в реле проходит полный ток к.з., деленный на коэффициент трансформации трансформаторов тока. Под влиянием этого тока защита срабатывает и производит отключение поврежденного трансформатора.
Дифференциальной отсечкой называется дифференциальная защита мгновенного действия, имеющая ток срабатывания больше броска намагничивающего тока. Принципиальная схема дифференциальной отсечки двухобмоточного трансформатора приведена на рисунке 3.
Броски намагничивающего тока в первый момент включения трансформатора могут иметь большие значения и даже превышать ток срабатывания дифференциальной от сечки, выбранный с указанным коэффициентом надежности отстройки. Однако эти токи очень быстро затухают, что дает возможность отстроиться от них за счет собственного времени действия реле дифференциальной отсечки. Для этого в схеме дифференциальной отсечки применяют выходное промежуточное реле (реле У на рисунке 3) типа РП-251, которое имеет время срабатывания 0,07—0,08 с.

Рисунок 3 – Принципиальная схема дифференциальной отсечки двухобмоточного трансформатора.

Основным достоинством дифференциальной отсечки является простота схемы и быстродействие. Недостатком является большой ток срабатывания, вследствие чего защита в ряде случаев оказывается недостаточно чувствительной.
Принципиальные схемы дифференциальной защиты с реле РНТ-565 приведены на рисунке 4.
Быстронасыщающийся трансформатор реле РНТ-565 является одновременно и промежуточным трансформатором для компенсации неравенства вторичных токов в плечах дифференциальной защиты и имеет для этой цели специальные уравнительные обмотки. Ток во вторичной обмотке БНТ, к которой подключено реле, определяется суммарным магнитным потоком в сердечнике, который создается как рабочей, так и уравнительными обмотками. Для того чтобы при прохождении через трансформатор сквозного тока нагрузки или к.з. ток во вторичной обмотке был равен нулю, необходимо правильно включить рабочую и уравнительные обмотки в дифференциальную схему и так подобрать число витков обмоток, чтобы компенсировать неравенство вторичных токов трансформаторов тока и установить необходимый ток срабатывания.

Рисунок 4 – Принципиальная схема токовых цепей дифференциальной защиты двухобмоточного трансформатора с реле типа РНТ-565 (РНТ-562).

При выполнении дифференциальной защиты двухобмоточного трансформатора (рисунок 4) цепи от трансформаторов тока с обеих его сторон присоединяются к уравнительным обмоткам У1 и У2 так, чтобы при прохождении через трансформатор сквозного тока токи в уравнительных обмотках были направлены встречно. В принципе для компенсации неравенства вторичных токов трансформаторов тока можно было бы использовать только одну уравнительную обмотку БНТ. Однако при использовании обеих обмоток обеспечивается более точная компенсация неравенства вторичных токов.

Поперечная дифференциальная защита

Продольная диф. защита генератора не действует при витковых замыканиях в обмотке статора, так как токи, проходящие со стороны главных и нулевых выводов в этом случае одинаковы.

Защиту от витковых замыканий на генераторах, не имеющих параллельных ветвей в обмотке статора вследствие отсутствия простых способов её исполнения, не предусматривают.

На мощных генераторах, имеющих две и более параллельных ветви в фазах обмотки статора, применяют специальную поперечную дифференциальную защиту, предназначенную для защиты генератора от витковых замыканий в обмотке статора. При этом со стороны нулевых выводов каждая параллельная ветвь должна иметь изолированный вывод.

Принцип действия поперечной диф. защиты основан на сравнении геометрической суммы токов в параллельных ветвях фаз обмотки статора генератора.

Такое сравнение можно осуществлять с помощью трёхсистемной или односистемной схемы поперечной защиты. Обычно применяется односистемная схема, которая выполняется при помощи одного трансформатора тока устанавливаемого в цепь между двумя нулевыми точками соединённых в звезду параллельных ветвей обмотки статора и одного реле сравнивающего сумму токов параллельных ветвей всех трёх фаз обмотки статора генератора.

Упрощённая схема односистемной поперечной дифференциальной защиты генератора представлена на рис. 7-5.

Рис.7-5. Поперечная односистемная диф. защита генератора

а) схема подключения

б) схема токораспределения

В нормальном режиме и при внешнем к.з. геометрическая сумма токов каждой группы параллельных ветвей фаз, соединённых в звезду, равна нулю и в реле защиты попадает только ток небаланса.

При витковом замыкании в одной из ветвей (например, фазы А на рис. 7-5) сопротивление этой ветви и э.д.с. уменьшаются.В контуре, образованном обеими ветвями фазы А, возникает разность э.д.с. и ток. Ток виткового к.з. протекает по трансформатору тока поперечной защиты и вызывает её срабатывание.

Величина I_к зависит от количества замкнувшихся витков, поскольку Е прямо пропорционально их числу.

Необходимо отметить, что в месте повреждения величина тока может оказаться во много раз больше за счёт тока, циркулирующего в контуре образованном коротко замкнутыми витками.

Поперечная диф. защита будет работать также при замыканиях между витками ветвей разных фаз и может не сработать при замыканиях между витками разных ветвей одной фазы при одинаковом числе замкнувшихся витков т.к. в этом случае .

С целью повышения чувствительности токовое реле поперечной защиты включается через фильтр токов основной частоты для отстройки от воздействия гармоник, кратных трём, наличие которых обусловлено искажением формы кривой э.д.с. генератора.

На генераторах с непосредственным охлаждением обмоток поперечная диф. защита выполняется без выдержки времени с действием на отключение и развозбуждение генератора.

Кроме своего основного назначения – защиты от витковых замыканий, поперечная диф. защита может также в некоторых случаях срабатывать и при междуфазных к.з. в обмотке статора генератора, резервируя продольную диф. защиту генератора.

Ток срабатывания токового реле поперечной диф. защиты отстраивается от максимального тока небаланса, который может проходить в реле при внешних к.з. и принимается равным:

I_с.з.= (0,20,3) I_ном

В качестве токовых реле в поперечной диф. защите применяются реле типа РТ-40/Ф.

К недостаткам рассматриваемой схемы поперечной диф. защиты следует отнести наличие «мёртвой зоны» при малом числе замкнувшихся витков.

К достоинствам защиты относятся простота исполнения, а также достаточно высокая чувствительность.

Выводы:

1. Поперечная дифференциальная защита является основной защитой от витковых замыканий в обмотке статора генератора имеющего параллельные ветви в фазах статорной обмотки.

2. Принцип действия поперечной дифференциальной защиты основан на сравнении геометрической суммы токов в параллельных ветвях фаз обмотки статора генератора.

3. Односистемная поперечная диф. защита, нашедшая наибольшее применение на генераторах, имеющих параллельные ветви в фазах обмотки статора, отличается простотой и обладает необходимым быстродействием и чувствительностью.

4. К недостаткам односистемной поперечной диф. защиты относятся наличие «мёртвой зоны» при малом числе замкнувшихся витков обмотки статора, а также невозможность её использования в качестве защиты от витковых замыканий на генераторах, не имеющих параллельных ветвей.

Дифзащита трансформатора — принцип действия

Дифзащита трансформаторов применяется для предотвращения аварийных и ненормальных режимов работы при возникновении короткого замыкания между фазами, межвитковых КЗ и замыкания одной или более фаз на землю.

Дифзащита применяется как основный вид автоматического отключения для мощных трансформаторов и для трансформаторов меньшей мощности, в случае если другие виды защиты не обеспечивают требуемого быстродействия.

Принцип работы дифференциальной защиты заключается в сравнении токов входящих и выходящих из трансформатора,и отключении трансформатора при неравенстве токов.

Конструктивно дифзащита включает в себя (Рис. 1) два трансформатора тока ТТ₁ и ТТ₂ включенных по высокому и низкому напряжению и реле автоматики А. Коэффициент преобразования измерительных трансформаторов подобран так, что при возникновении короткого замыкания вне защищаемого участка (Рис.1 слева), результирующий ток проходящий через реле был равный нулю.

 

 

Рис. 1

При возникновении короткого замыкания возникает асимметрия втекающих и вытекающих токов (Рис. 1 справа). Через реле протекает ток, включающий схему защитного отключения. Высокая избирательность дифференциальной системы не требует реле времени, т.к. защита включается в идеальном случае только при внутренних КЗ.

В реальных условиях требуется настройка дифзащиты трансформатора для исключения ложного срабатывания.

При подаче напряжения на входные обмотки трансформатора возникает ток подмагничивания, вызывающий неравенство входных и выходных токов. Ток подмагничивания имеет вид затухающих колебаний.

Без нагрузки это влияние достаточно мало и составляет не более одного процента. При включении трансформатора с нагрузкой или восстановлении работы энергосистемы после замыкания,  разность токов может привести к срабатыванию защиты.

Для компенсации этого явления ток включения дифзащиты выбирают большим, чем ток подмагничивания. Загрубление тока срабатывания может привести к несрабатыванию защиты даже при наличии КЗ внутри трансформатора.

Исключить влияния тока подмагничивания можно при помощи искусственной блокировки защиты при подключении высокого напряжения.

При возникновении повреждения трансформатора или замыкания его выводов при блокированном автоматическом отключении задержка может привести к аварии.

В случае, когда указанные способы отстройки дифзащиты неприменимы из-за недостатков, используют трансформаторы тока с быстронасыщаемым магнитопроводом, которые не реагирует на быстротечные колебания подмагничивающего тока.

Для правильной работы измерительных схемы необходимо чтобы фаза втекающих и вытекающих токов совпадала.

Для компенсации фазового сдвига обмотки токовых трансформаторов включаются по такой же схеме, как и защищаемый трансформатор. В случае использования схемы соединения  обмоток «треугольник»/«звезда», трансформаторы тока включаются по обратной схеме – на входе «звезда», на выходе – «треугольник».

На линии, соединяющие трансформаторы тока с исполнительными цепями автоматики, возможны влияния помех, приводящих к ложным срабатываниям защиты. Для предотвращения этого измерительные цепи должны быть надежно экранированы. Зачастую дифзащиту устанавливают на отдельно расположенных трансформаторах для исключения влияния помех от смежных устройств энергетики.

Коэффициенты трансформации измерительных цепей должны обеспечивать равенство токов на входе и на выходе. На практике это условие недостижимо, потому трансформаторы токов выпускаются со стандартными напряжениями. Для этого в измерительные цепи вводят согласующие трансформаторы и автотрансформаторы.

Пишите комментарии,дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

Похожее

Принципы дифференциальной защиты, которые вы ДОЛЖНЫ понимать

Дифференциальная защита

Хотя в настоящее время дифференциальная защита достигается численно, для понимания принципов дифференциальной защиты полезно проанализировать повсеместное электромеханическое реле.

Принципы дифференциальной защиты, которые вы ДОЛЖНЫ понимать (на фото: реле защиты SIPROTEC)

На рисунке 1 показана простая схема дифференциальной защиты, также известная как схема Мерца-Прайса .

В этой простой схеме мы можем предположить, что при нормальных условиях эксплуатации ток, входящий в часть оборудования под защитой , равен (или, в случае трансформатора, пропорционален) его выходному току. В этом примере мы предположим, что входной и выходной токи равны. Автоматический выключатель с каждой стороны защищаемого оборудования управляется реле максимального тока.

Рисунок 1 — Простая дифференциальная защита (щелкните, чтобы развернуть схему)

Трансформаторы тока одинакового типа и коэффициента трансформации устанавливаются с обеих сторон оборудования.Эти трансформаторы тока индуцируют идентичные вторичные токи, потому что их первичные токи идентичны и у них одинаковое отношение витков.

При простом просмотре диаграммы становится ясно, что в этих условиях ток утечки не будет протекать через реле , поэтому сигналы отключения генерироваться не будут.

… и при возникновении неисправности

Рассмотрим неисправность , внутреннюю по отношению к оборудованию . Через короткое замыкание будет протекать большой ток, таким образом, ток, выходящий из оборудования, будет быстро уменьшаться, что приведет к уменьшению вторичного тока в CT B .Это приведет к протеканию тока через реле, величина которого будет достаточной для отключения автоматических выключателей.

Теперь рассмотрим внешнюю неисправность на F , как показано на рисунке 2.

Рисунок 2 — Простая дифференциальная защита с внешней ошибкой

Вы можете видеть, что в этом случае ток на выходе из оборудования, хотя и большой, остается таким же, как ток, входящий в него, поэтому реле не сработает. Это именно то, что мы хотим. , потому что внешние по отношению к оборудованию неисправности находятся в другой зоне защиты и защищены другой схемой.

Если защищаемое оборудование представляет собой, например, шину или обмотку генератора, очевидно, что выходной ток такой же, как и входной. Если, однако, оборудование представляет собой трансформатор, у которого коэффициент трансформации не равен единице, то входящий ток будет отличаться от выходящего тока.

В этом случае трансформаторы тока должны быть сбалансированы с эквивалентным дифференциалом передаточного отношения.

Дифференциальная схема создает четко определенную зону защиты , охватывающую все, что находится между двумя трансформаторами тока .Любая неисправность, существующая в этой зоне защиты, рассматривается как внутренняя неисправность, а любая неисправность, существующая за пределами этой зоны защиты, является внешней неисправностью.

Следовательно, дифференциальная схема должна быть способна реагировать на самые маленькие внутренние неисправности, но ограничивать самые большие внешние неисправности.

На практике, этого трудно достичь — особенно для очень больших сквозных коротких замыканий из-за неидеальности трансформаторов тока, используемых для измерения токов.Термин, используемый для обозначения способности системы справляться с этими недостатками, называется Устойчивость при отказе .

В современных IED (интеллектуальных электронных устройствах) ток в трансформаторах тока не контролирует напрямую рабочую катушку, которая отключает выключатели, поэтому подключение не такое, как показано в этом примере. На самом деле токи от трансформаторов тока просто вводятся в IED, где они дискретизируются и оцифровываются.

Дифференциальный режим затем выполняется программным обеспечением IED.

Базовая теория дифференциального трансформатора (ВИДЕО)

Ссылка // Принципы автоматизации подстанции Майкла Дж. Бергстрома

Что такое реле дифференциальной защиты? — Описание и его виды на основе принципа действия

Определение: Реле, работа которого зависит от разности фаз двух или более электрических величин, известно как реле дифференциальной защиты .Он работает по принципу сравнения между фазовым углом и величиной одинаковых электрических величин.

Например: Рассмотрим сравнение входного и выходного тока линии передачи. Если величина входного тока линии передачи больше, чем выходного тока, это означает, что дополнительный ток течет через нее из-за неисправности. Разница в токе может срабатывать реле дифференциальной защиты.

Ниже приведены основные условия, необходимые для работы реле дифференциальной защиты.

• Сеть, в которой используется реле, должна иметь две или более одинаковых электрических величины.
• Величины имеют фазовый сдвиг примерно 180º.

Реле дифференциальной защиты используется для защиты генератора, трансформатора, фидера, большого двигателя, шин и т. Д. Ниже приводится классификация реле дифференциальной защиты.

• Дифференциальное реле тока
• Дифференциальное реле напряжения
• Реле смещения или процентного дифференциала
• Дифференциальное реле баланса напряжения

Реле дифференциального тока

Реле, которое определяет и управляет разностью фаз между током, входящим в электрическую систему, и током, выходящим из электрической системы, называется дифференциальным реле тока .Расположение реле максимального тока, подключенного для работы в качестве дифференциального реле, показано на рисунке ниже.

Расположение реле максимального тока показано на рисунке ниже. Пунктирной линией обозначена секция, которая используется для защиты. Трансформатор тока размещается на обоих концах зоны защиты. Вторичная обмотка трансформаторов включена последовательно с помощью контрольного провода. Таким образом, ток, индуцируемый в трансформаторах тока, течет в одном направлении. Катушка управления реле подключена к вторичной обмотке трансформаторов тока.

В нормальном рабочем состоянии величина тока во вторичной обмотке ТТ остается неизменной. Нулевой ток протекает через рабочую катушку. При возникновении неисправности величина тока на вторичной обмотке ТТ становится неравной, из-за чего реле начинает работать.

Катушка смещенного или процентного дифференциала

Это наиболее часто используемый вид дифференциального реле. Их расположение такое же, как у токового дифференциального реле; Единственное отличие состоит в том, что эта система состоит из дополнительной сдерживающей катушки, подключенной к пилотным проводам, как показано на рисунке ниже.

Управляющая катушка подключается в центре удерживающей катушки. Соотношение токов в трансформаторе тока становится несимметричным из-за тока короткого замыкания. Эта проблема решается использованием удерживающей катушки.

Дифференциальное реле со смещением индукционного типа

Это реле индукционного типа состоит из диска, который свободно вращается между электромагнитами. Каждый электромагнит состоит из медного затеняющего кольца. Кольцо может входить или выходить из электромагнита.Диск испытывает силу из-за ограничивающего и рабочего элемента.

Результирующий крутящий момент на затемненном кольце становится нулевым, если положение кольца сбалансировано для обоих элементов. Но если кольцо движется к железному сердечнику, то на кольцо действуют неравные крутящие моменты из-за рабочей и сдерживающей катушки.

Дифференциальное реле баланса напряжения

Дифференциальное реле тока не подходит для защиты фидеров. Для защиты фидеров используются дифференциальные реле баланса напряжений.В дифференциальном реле напряжения используются два одинаковых трансформатора тока в защитной зоне с помощью управляющего провода.

Реле включены последовательно с вторичной обмоткой трансформатора тока. Реле подключены таким образом, чтобы в нормальном рабочем состоянии через них не протекал ток. В дифференциальном реле баланса напряжений используются трансформаторы тока с воздушным сердечником, в которых индуцируются напряжения относительно тока.

Когда короткое замыкание происходит в зоне защиты, ток в ТТ становится несимметричным, из-за чего нарушается напряжение во вторичной обмотке ТТ.Ток начинает течь через рабочую катушку. Таким образом, реле начинает работать и дает команду выключателю сработать.

Дифференциальная защита трансформатора — Дифференциальная защита

Введение

Дифференциальная защита трансформатора — это схема защиты, основанная на сравнении токов, она обычно используется для защиты двусторонних компонентов, таких как обмотки трансформатора, от внутренних токов короткого замыкания.

В основном, дифференциальная защита основана на идее сравнения токов в обмотке трансформатора с токами на выходе из обмотки, если токи уравновешены, то разница между ними равна нулю и в обмотке нет повреждения.

В случае наличия внутреннего тока короткого замыкания или тока замыкания на землю входящий ток будет намного выше, чем исходящий ток, и сравнение приведет к значительной разнице, которую можно использовать для генерации сигнала отключения для отключения. переключающие элементы.

Схема дифференциальной защиты обычно настраивается на отправку сигнала отключения на переключающие элементы, когда дифференциальный ток i _d превышает 20-25% номинального тока i _n .

Как дифференциальный ток работает с пусковым током трансформатора?

Во избежание ненужных отключений из-за высоких пусковых токов в дифференциальной защите трансформатора используется функция ограничения гармоник. Идея проста: логика дифференциального тока сопровождается этой функцией для обнаружения второй гармоники тока, которая является основным компонентом, связанным с пусковым током.

Кроме того, усовершенствованные схемы защиты используют 4-ю гармонику в дополнение ко второй гармонике, чтобы уменьшить вероятность срабатывания в случае броска тока трансформатора.

Когда обнаруженная 2-я гармоника превышает заданное значение, дифференциальная защита блокируется (ограничивается) на мгновение, чтобы избежать неправильного отключения во время периода запуска, в противном случае дифференциальная защита будет отключать переключающие элементы при каждом событии запуска.

Какое значение имеет согласование трансформаторов тока в дифференциальной защите?

Трансформаторы тока или датчики тока используются для отражения больших значений первичной цепи во вторичной цепи для сравнения.

Места установки датчиков тока или трансформаторов определяют зону защиты схемы дифференциальной защиты. Если трансформаторы тока установлены и не согласованы, то разница между токами не будет точно отражаться во вторичной цепи для сравнения, и измеренная разница не будет правильной, что указывает на ложный флаг.

Трансформаторы тока соединяются по схеме треугольника, когда обмотка защищаемого трансформатора соединяется по схеме звезды и наоборот.

Добавление трансформаторов тока к дифференциальной схеме делает схему дифференциальной защиты более сложной с точки зрения подключения и конфигурации.

Заключение

Схема дифференциальной защиты — довольно надежный метод, используемый для защиты трансформаторов от внутренних повреждений, особенно в сочетании с функцией ограничения гармоник, которая предотвращает ненужное отключение из-за пусковых токов.

Однако дифференциальную защиту необходимо комбинировать с другими схемами защиты, чтобы полностью защитить трансформатор, а надежность, которую она обеспечивает, достигается за счет дополнительной проводки за счет добавления вспомогательных трансформаторов или датчиков.

Дифференциальная защита генератора — Защита генератора с помощью дифференциальных реле

Дифференциальное реле — это реле защиты энергосистемы, которое срабатывает, когда разность фаз двух или более одинаковых электрических величин превышает предварительно определенное значение.В этой статье вы познакомитесь с дифференциальной защитой генераторов переменного тока.

Предположим, мы должны были измерить величину тока на обоих концах каждой фазной обмотки трехфазного генератора, как показано на следующей диаграмме:

Как и большинство крупных генераторов энергии, этот блок подводит оба вывода каждой фазной обмотки к внешним точкам, так что они могут быть подключены по схеме звезды или треугольника по желанию. В данном случае обмотки генератора соединены звездой.Пока мы измеряем ток, входящий и выходящий из каждой обмотки индивидуально, не имеет значения, соединены ли эти обмотки генератора звездой или треугольником.

Если схема в точности такая, как показано выше, величина тока, входящего и выходящего из каждой фазной обмотки, должна быть одинаковой в соответствии с Законом Кирхгофа о токах. То есть:

IA1 = IA2 IB1 = IB2 IC1 = IC2

Предположим теперь, что один из витков в обмотке фазы «C» должен был случайно коснуться металлического каркаса генератора, например, что могло произойти в результате повреждения изоляции.Это замыкание на землю вызовет третий путь тока в поврежденной обмотке. IC1 и IC2 теперь будут разбалансированы на величину, равную току повреждения IF:

Другой отказ, обнаруживаемый по закону тока Кирхгофа, — это межфазное замыкание обмотки, когда ток течет от одной обмотки к другой. В этом примере короткое замыкание между фазами B и C в генераторе нарушает баланс входящих и исходящих токов для обеих фаз:

Следует отметить, что величина замыкания на землю или тока замыкания между обмотками может быть недостаточно большой, чтобы создать угрозу перегрузки по току для генератора, но само наличие дисбаланса тока в любой фазе доказывает, что обмотка исправна. поврежден.Другими словами, это тип отказа системы, который не обязательно обнаруживается реле максимального тока (50/51), и поэтому он должен быть обнаружен другими средствами.

Тип реле, предназначенный для этой задачи, называется реле дифференциального тока. Цифровой код ANSI / IEEE для дифференциальной защиты — 87. Существуют также реле дифференциального напряжения с тем же обозначением «87» ANSI / IEEE, поэтому при упоминании «87» необходимо указывать, является ли рассматриваемая дифференциальная величина напряжением или током. реле.

Простая форма дифференциальной токовой защиты для этого генератора может быть реализована путем подключения трансформаторов тока с обеих сторон каждой обмотки к рабочим катушкам электромеханического реле, подобного этому. Для простоты будет показана защита только одной фазной обмотки (C) генератора. Практическая система реле защиты от дифференциального тока будет контролировать ток через все шесть проводов статора на генераторе, сравнивая токи на входе и выходе каждой фазы:

Если первичные токи ТТ IC1p и IC2p равны и коэффициенты ТТ равны, вторичные токи ТТ IC1s и IC2s также будут равны.В результате ток через рабочую катушку (OC) дифференциального реле будет равен нулю 46.

Если, однако, замыкание на землю или соседнюю обмотку должно было развиться где-либо в обмотке статора «C» генератора, первичные токи двух трансформаторов тока станут неравными, вызывая неравные вторичные токи, тем самым вызывая значительный ток протекать через управляющую катушку дифференциального реле (OC). Если этого тока достаточно, чтобы вызвать срабатывание дифференциального реле, реле пошлет сигнал, дающий команду автоматическому выключателю генератора на отключение.

Даже если значение срабатывания реле смещено, чтобы избежать ненужного отключения, все же возможно, что большой фазный ток, требуемый от генератора, может вызвать срабатывание дифференциального реле из-за невозможности идеального совпадения между двумя фазными токами «C». трансформаторы. Любое несоответствие между этими двумя трансформаторами тока приведет к неравенству вторичных токов, которые будут увеличиваться по мере увеличения величины фазного тока. Большие пусковые токи с высоким содержанием гармоник47, которые иногда возникают при первоначальном включении большого силового трансформатора, также могут вызывать ложные срабатывания в этой простой форме дифференциальной защиты.Мы не хотим, чтобы это дифференциальное реле срабатывало при каких-либо условиях, кроме внутренней неисправности генератора в его фазной обмотке, поэтому необходима модификация, чтобы обеспечить другую рабочую характеристику.

Если мы модифицируем реле так, чтобы оно имело три катушки, одна для перемещения его механизма в направлении срабатывания, а две для помощи «сдерживать» его механизм (работая для удержания механизма в его нормальном рабочем положении), мы можем соединить эти катушки таким образом. способ, которым две удерживающие катушки 48 (RC) возбуждаются двумя вторичными токами ТТ, в то время как рабочая катушка видит только разницу между двумя вторичными токами ТТ.Мы называем эту схему дифференциальным реле с ограничениями, а прежнюю (более простую) конструкцию — безудерживающим дифференциальным реле:

Общая характеристика реле с ограничением дифференциала — срабатывание на основе дифференциального тока, превышающего установленный процент фазного тока. На этой фотографии показаны три дифференциальных реле, используемых для защиты обмоток трехфазного генератора газотурбинной электростанции. Обратите внимание, как требуется одно реле дифференциального тока для защиты каждой из трех фаз генератора:

Современные цифровые дифференциальные реле обычно воспринимают сигналы ТТ от всех трех фаз, обеспечивая защиту в одном блоке, монтируемом на панели.Цифровые реле защиты предлагают гораздо более сложные подходы к проблеме ложных срабатываний, основанные на несоответствии между парами трансформаторов тока и / или гармоническими токами. На следующем графике показана характеристика реле защиты трансформатора модели 745 General Electric, обеспечивающего защиту от дифференциального тока:

Пользователь может регулировать не только значение срабатывания, но также наклон каждого сегмента линии на графике, высоту ступеньки «точки изгиба» и т. Д.Обратите внимание, как термин «ограничение» все еще используется в конфигурации цифровых реле, даже несмотря на то, что он возник в конструкциях электромеханических реле.

---

Текст статьи из Lessons In Industrial Instrumentation Тони Р. Купхальдта — в соответствии с условиями Международной общественной лицензии Creative Commons Attribution 4.0

Дифференциальная защита трансформатора с ограничением пускового тока на основе разности фаз

Основные характеристики

•

Представлен новый метод блокировки работы дифференциального реле трансформатора при воздействии на него пускового тока намагничивания.

•

Этот метод использует фазовый сдвиг между составляющими 60 Гц соответствующих первичных и вторичных токов соответствующего трансформатора в качестве сигнала ограничения.

•

Благодаря интеграции этого метода характеристики дифференциального реле трансформатора были существенно улучшены с точки зрения надежности и устойчивости к насыщению ТТ.

•

Реализация представленной схемы не требует сложных вычислений и может быть легко встроена в существующие цифровые дифференциальные реле.

•

Выделение токов внутренних коротких замыканий от другого типа нарушений в силовых трансформаторах эффективно выполняется в пределах не более одного цикла частоты энергосистемы.

Реферат

В этой статье представлен новый метод блокировки работы дифференциального реле трансформатора при воздействии на него пускового тока намагничивания. Сначала вычисляются дифференциальные и ограничивающие токи реле, а затем сравниваются составляющие основной частоты двух токов для определения разности фаз (PAD) между соответствующими первичными и вторичными токами трансформатора.Отличие броска тока намагничивания от тока внутреннего повреждения достигается наличием сдвига фаз более чем на 90 ° между двумя токами во время внутренних повреждений и его отсутствием в случае броска тока намагничивания и тока неисправного трансформатора. Этот метод исследуется с использованием модели, основанной на имитационном моделировании EMTP-RV, типичного трехфазного двухобмоточного силового трансформатора, встроенного в энергосистему, питающуюся с обоих концов. Результаты подтвердили, что принцип PAD позволяет классифицировать режимы работы трансформатора в пределах цикла частоты энергосистемы.Кроме того, на решение о ретрансляции не влияют эффекты насыщения трансформатора тока (ТТ).

Ключевые слова

Дифференциальная защита

Цифровое реле

Пусковой ток

Силовой трансформатор

Разность фаз (PAD)

Перекрашивание при пусковом токе

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

Посмотреть полный текст 9000v4 Все права защищены © 2014 Elsevier права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Дифференциальная защита со смещением для трансформаторов »PAC Basics

Назначение дифференциальной защиты со смещением — обнаружение неисправностей с высокой селективностью и чувствительностью.Это означает, что он может отключиться без преднамеренной задержки по времени для неисправностей в пределах своей зоны защиты, поэтому дифференциальная защита часто применяется на дорогостоящем оборудовании, таком как трансформаторы. Обычно дифференциальная защита применяется к трансформаторам мощностью не менее 10 МВА. Однако в некоторых случаях на трансформаторах 5 МВА применяется дифференциальная защита.

Работа типовой дифференциальной защиты показана на рисунке 1.Дифференциальная защита основана на текущем законе Кирхгофа, который гласит, что токи, текущие в узел, равны сумме токов, вытекающих из этого узла. Для нормальной работы и внешних повреждений разница между токами на входе и выходе из зоны защиты равна нулю. Если разница не равна нулю, то в зоне защиты может быть неисправность. Здесь зона защиты определяется расположением трансформаторов тока (ТТ).

Щелкните здесь, чтобы узнать, как подключать трансформаторы тока к реле.

Источники дифференциальных токов

Применение дифференциальной защиты в трансформаторах, однако, допускает наличие дифференциального тока во время нормальной работы. Практически это происходит из-за намагничивающего тока, присутствующего в сердечнике трансформатора. Другие источники дифференциального тока, влияющие на применение дифференциальной защиты, включают несоответствие компенсации отводов (преобладает в электромеханических реле), устройство РПН трансформатора, погрешность измерения реле и погрешность ТТ.На рисунке 2 показаны дифференциальные токи для нормальной работы и внешних повреждений с

.

1. Ошибка ТТ при номинальном отводе и
2. Ошибка ТТ на максимальном отводе трансформатора.

Как показано в таблицах к рисунку 2, дифференциальный ток увеличивается пропорционально сквозному току. Это затрудняет настройку дифференциальной защиты. Чтобы избежать срабатывания реле при чрезмерном сквозном токе, необходимо установить фиксированный срабатывание срабатывания, но это значительно снизит чувствительность, что сделает защиту неадекватной.В игру вступает концепция дифференциала с процентным смещением, когда работа реле основана на дифференциальном токе как функции сквозного тока. Таким образом, уставка срабатывания повышается по мере увеличения сквозного тока.

Дифференциальная защита со смещением в процентах

Характеристика смещения в процентах зависит от отношения тока срабатывания к току ограничения. Ток срабатывания определяется как величина дифференциального тока в зоне защиты.

Для тока ограничения определены несколько методов, которые различаются в зависимости от реле.В большинстве случаев ток удержания составляет

.

Для настройки дифференциальной защиты с процентным смещением требуются две (2) основные настройки. Это минимальный подъем и наклон. Минимальное срабатывание покрывает ток намагничивания трансформатора, обычно 1–4% от номинального значения трансформатора. Обычно рекомендуется отвод от 0,2 до 0,3 TAP. Настройка крутизны определяется путем определения потенциальных источников дифференциального тока. Это может происходить из-за отклонения отводов (10%), погрешности ТТ (от 3% при номинальном значении до 10% при 20-кратном номинальном значении) и погрешности измерения реле (5%).На рисунке 3 эти ошибки суммированы, чтобы сформировать единую характеристику наклона.

Чтобы обеспечить безопасность для более высоких уровней сквозного тока, когда ошибки ТТ достигают 10%, вводится второй наклон, формирующий характеристику с двойным наклоном. Это показано на рисунке 4.

Запас безопасности наклона устанавливается путем применения отрицательной совокупной погрешности (включая возбуждение) либо для тока, входящего в зону защиты, либо выходящего из нее. Таким образом, для совокупной ошибки 22%, приложенной к току, входящему в зону, наклон рассчитывается следующим образом:

Исходя из предположения о погрешности вычитания, общая формула для определения минимального значения наклона:

Запас безопасности обеспечивает безопасность, необходимую при чрезмерных сквозных токах, где наиболее вероятно насыщение ТТ.

Ссылки:

М. Томпсон, «Дифференциал с ограничением в процентах, процент от чего?», Материалы 64-й ежегодной конференции инженеров защитных реле, Колледж-Стейшен, Техас, апрель 2011 г.

Г. Прадип Кумар, «Принципы защиты трансформатора», материалы тренинга по защите энергосистемы, Visayan Electric Company, Себу, Филиппины, декабрь 2016 г.

Дж. Блэкберн, Т. Домин, «Принципы и применение реле защиты, 4-е изд.», CRC Press, Бока-Ратон, Флорида, 2014.

Как это:

Нравится Загрузка …

Дифференциальная защита и управление линии RED615 ANSI — Защита и управление фидером (цифровые реле)

Компактное и универсальное решение для коммунальных и промышленных систем распределения электроэнергии

RED615 — это двухстороннее реле дифференциальной защиты и управления линии с разделением по фазам, предназначенное для защиты, управления, измерения и контроля воздушных линий и кабельных фидеров в коммунальных и промышленных распределительных сетях, включая радиальные, петлевые и ячеистые распределительные сети, с распределенной генерацией или без нее.RED615 также идеально подходит для линейных дифференциальных приложений с внутризонным трансформатором. Реле RED615 обмениваются данными между подстанциями либо по оптоволоконному каналу, либо по гальваническому управляющему проводу.

Компактное и универсальное решение для коммунальных и промышленных систем распределения электроэнергии с интеграцией защиты, управления, мониторинга и контроля в одном реле.

Область применения

• Защита фидера, включая двусторонний дифференциал связи

Ключевые преимущества

• Селективная защита устройства в виде разделенной по фазе двухконечной дифференциальной защиты линии с помощью датчиков или обычных измерительных трансформаторов
• Готовые стандартные конфигурации, включая линейную дифференциальную связь, для быстрой и легкой настройки с возможностью адаптации
• Конструкция выдвижного съемного блока для быстрой установки и тестирования
• Большой графический дисплей для отображения настраиваемых SLD, доступных как локально, так и через простой в использовании HMI на основе веб-браузера
• Услуги на протяжении всего жизненного цикла
• Кольцевые клеммы для всех подключений

Основные характеристики

• Дифференциальная защита линии с направленной или ненаправленной максимальной токовой защитой и защитой от замыканий на землю, защита по напряжению и частоте и функция измерения
• Линейная дифференциальная связь между подстанциями либо по оптоволоконной линии, либо по гальваническому управляющему проводу; идеально подходит для линейных дифференциальных приложений с внутризонным трансформатором
• Дополнительное расширенное и быстрое обнаружение коротких замыканий и замыканий на землю
• Поддерживает IEC 61850 Editions 1 и 2, включая HSR и PRP, обмен сообщениями GOOSE и IEC 61850-9-2 LE для уменьшения количества проводов и контролируемой связи.

  No related posts.