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.

Защита электродвигателя по току обратной последовательности

Ток обратной последовательности (I2) в обмотке статора возникает при несимметричном питании, при обрыве фазы обмотки статора, при несимметричном коротком замыкании. Как электрическая машина с вращающимся ротором, двигатель имеет значительно меньшее сопротивление для составляющих токов обратной последовательности. Поэтому составляющая тока обратной последовательности, возникающая в обмотке ротора и имеющая более высокую частоту ввиду обратного направления вращения относительно поля статора, приводит к увеличению тепловых потерь и разогреву двигателя. Принцип выполнения защиты основан на измерении симметричных составляющих рабочего тока.

Принцип действия

Принцип действия, на основании которого работает дифференциальная защита, состоит в сравнении токовых сигналов, протекающих через систему в прямом и обратном направлении. Для регистрации этих величин в устройстве предусмотрены встроенные дифференциальные трансформаторы, формирующие соответствующие по величине магнитные поля. В их вторичные цепи включены реле, обеспечивающие выделение разницы токовых составляющих, протекающих в каждом из направлений, по величине создаваемого ими поля.

В нормальном режиме работы оборудования разница этих составляющих равна нулю, поскольку втекающий в нагрузку ток равен вытекающему. При появлении посторонних утечек, связанных с пробоем изоляции или замыканием токопроводящих частей на землю, баланс токов в дифференциальных трансформаторах сразу же нарушается.

Советуем изучить  Трансформатор — виды и применение

В результате этого исполнительное реле срабатывает, а дифференциальная защита мгновенно отключает устройство-потребитель от питающей линии (смотрите фото ниже).

Принцип срабатывания защиты

В реальных условиях через обмотки исполнительного прибора (реле) всегда протекает небольшой ток, называемый небалансным, присутствие которого объясняется следующими причинами:

• Трансформаторы тока всегда отличаются по своим обмоточным характеристикам. Для снижения влияния этого отличия такие изделия при производстве подбираются попарно;
• Определённое влияние на дифференциальный процесс оказывают токи намагничивания, обычно присутствующие в обмотках двигателя или трансформатора. С целью учета данного фактора ток срабатывания реле устанавливается с некоторым запасом;
• Неодинаковость схемных решений, применяемых при формировании контролируемого трансформатора (двигателя).

С учётом всего сказанного в современной дифференциальной аппаратуре используются специальные микропроцессорные системы, способные выявлять эту разницу автоматически и своевременно компенсировать её.

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.

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.

Погрешность ТТ в работе диф защиты трансформатора

Эта составляющая тока небаланса характерна для всех дифференциальных защит и вызвана тем, что вторичный ток равен:

(1 – 2)

где Iвтор. – вторичный ток ТТ;
I’перв. – приведенный ко вторичной обмотке первичный ток;
I’нам. – приведенный ко вторичной обмотке ток намагничивания.
Ток в реле – ток небаланса – равен (для дифференциальной защиты с двумя ветвями):

Iр.=Iнб.=Iвтор.1 – Iвтор.2 = I’перв.1 – I’нам.1 – I’перв.2 + I’нам.2 ,

(1 – 3)

где Iвтор.1, I’перв.1, I’нам.1 – вторичный, приведенный первичный и приведенный ток намагничивания ТТ первой ветви;
Iвтор.2, I’перв.2, I’нам.2 – то же для второй ветви.
При условии, что первичные токи защищаемого объекта равны первичным токам ТТ при внешнем коротком замыкании:

Ток небаланса будет равен:

(1 – 4)

В общем случае ток небаланса равен геометрической сумме токов намагничивания всех ветвей дифференциальной защиты:

(1 – 5)

Для того чтобы выявить влияние нагрузок ТТ и сопротивления дифференциального реле на ток небаланса, составим схему замещения дифференциальной защиты [3]:

Рис. 1. 3. Схема замещения дифференциальной токовой защиты

На рис. 1. 3. введены следующие обозначения:
Z’перв1, Z’нам1, Zвтор1 – приведенные сопротивления первичной обмотки и ветви намагничивания,сопротивление вторичной обмотки ТТ первой ветви;
Z’перв2, Z’нам2, Zвтор1 – то же для второй ветви;
I’перв1, I’нам1, Iвтор1 – приведенные первичный ток, ток намагничивания и вторичный ток ТТ первой ветви;
I’перв2, I’нам1, Iвтор1 – то же для второй ветви;
IР, ZРО – ток в цепи дифференциального реле и сопротивление дифференциального реле;
rпр1, rпр2 – сопротивление соединительных проводов от ТТ до дифференциального реле для первой и второй ветви.

Принимая, что все сопротивления по рис. 1. 3 являются линейными элементами и составив для этой схемы уравнения по законам Кирхгофа, получим для Iнб при внешнем КЗ, когда I’перв1 = I’ перв2:

(1 – 6)

где Z2 = Zвтор2 + rпр2 ; Z1 = Zвтор1 + rпр1;
Z’нам1 • Z’нам2 = Z’ 2нам;
Z’нам1 + Z’нам2 = 2Z’нам.
Анализ формулы (1 – 6) показывает, что для снижения тока небаланса необходимо для менее мощных ТТ (имеющих меньшее сопротивление намагничивания) уменьшать внешнюю нагрузку.

К сожалению, для большинства трансформаторов со схемой соединения обмоток «звезда – треугольник», как раз для менее мощных ТТ, на стороне «звезды» нагрузка должна быть увеличена в три раза за счет соединения ТТ в «треугольник», что приводит к большой погрешности ТТ, к увеличению тока небаланса и соответственно к увеличению тока срабатывания дифференциальной защиты.

В переходных режимах работы токи небаланса могут во много раз превосходить установившиеся значения. Проведенные исследования показали, что переходный ток небаланса может содержать значительную апериодическую составляющую, причем при равенстве сопротивления плеч и идентичности вольт-амперных характеристик ТТ ток небаланса представляет однополярный сигнал.

При неравенстве сопротивления плеч ТТ в токе небаланса появляются отрицательные полуволны [4]. На переходный процесс оказывают значительное влияние постоянные времени первичной и вторичной цепи – с их возрастанием токи небаланса увеличиваются, а сам переходный процесс затягивается.

Для обеспечения правильного функционирования дифференциальной защиты необходимо ток срабатывания защиты отстроить от токов небаланса, вызванных погрешностью ТТ в режиме максимального тока внешнего короткого замыкания.

Ввиду сложности расчетов для реальных ТТ переходных токов небаланса, ток срабатывания дифференциальных защит выбирают по условию отстройки от установившегося тока небаланса, а учет переходного режима производится введением повышающего коэффициента kпер, который определяет степень конструктивной отстройки дифференциального реле от переходного режима (реле с промежуточными насыщающимися ТТ, реле с время-импульсной схемой и т.д.).

Для дифференциальных защит, в которых объединяются ТТ нескольких сторон защищаемого объекта, ток небаланса, вызванный погрешностями ТТ, определяется в режиме, когда ТТ одной стороны работают с допустимой погрешностью, а ТТ других – без погрешности.

В этом случае разность токов сторон будет протекать в дифференциальной цепи и определять ток небаланса.

Максимальная допустимая полная погрешность ТТ для дифференциальных защит в установившемся режиме максимального тока внешнего КЗ не должна превышать 10%.

Если для дифференциальной защиты используются ТТ одинакового типа, с одним коэффициентом трансформации, работающие примерно в одинаковых условиях, то мало вероятно, чтобы погрешность, с одной стороны, была равна допустимой, а с другой – равна нулю. Для учета таких условий работы ТТ (в формуле определения тока небаланса) вводится коэффициент однотипности ТТ, равный 0,5.

Таким образом, составляющая тока небаланса, вызванная погрешностью ТТ, определяется:

(1 – 7)

где kпер – коэффициент, учитывающий переходный режим;
kодн – коэффициент однотипности ТТ, который принимается равным 1,0 или 0,5 в зависимости от условий работы ТТ;
ε – полная погрешность ТТ в установившемся режиме при расчетном токе внешнего металлического КЗ;
IКЗ макс – максимальное значение тока при установившемся внешнем металлическом КЗ.

Защита с током срабатывания, выбранным по условию отстройки от тока небаланса по (1–7), не обеспечивает требование необходимой чувствительности защиты, поэтому применяют различные способы повышения чувствительности и отстройки от тока небаланса. Традиционным способом отстройки от токов небаланса является процентное торможение, под которым понимается возрастание тока срабатывания дифференциального реле с увеличением тормозного тока. В качестве тормозного тока можно использовать фазный ток одной или нескольких сторон защиты, полусумму абсолютных значений токов сторон защиты и т.п.

Дифференциальная защита на реле РНТ

Реле состоит из двух элементов, объединенных в один корпус. Это быстронасыщающийся трансформатор, имеющий три стержня с обмотками, и выходное токовое реле, являющееся исполнительным органом.

Реле подключено к выводам вторичной обмотки, расположенной на крайнем стержне трансформатора. Две, а иногда и три первичные обмотки, располагаются на среднем стержне и связаны с трансформаторами тока. Имеются еще и дополнительные короткозамкнутые обмотки, предназначенные для гашения апериодической составляющей.

Настройка реле осуществляется переключением количества витков первичных обмоток, чтобы добиться равенства магнитных потоков в магнитопроводе. Также изменением сопротивлений резисторов в выходной и компенсирующей цепях выставляются требуемое торможение при переходных процессах, а также ток срабатывания выходного реле.

РНТ используется в основном для работы в составе РЗА силовых трансформаторов. В первый момент включения в сеть в их сердечнике возникают мощные намагничивающие токи. Они быстро затухают, но при этом создается прецедент для работы защиты: ведь мощность на намагничивание потребляется от источника и остается в трансформаторе.

Устройство РНТ позволяет отстроиться от намагничивающих токов. При резком броске тока сердечник трансформатора быстро намагничивается и реле перестает реагировать на подобное возмущение.

Но при этом при мощных сквозных КЗ реле может ложно сработать из-за токов небаланса. Этого недостатка лишено реле ДЗТ.

Полезное учебное пособие о расчету дифференциальной защиты для трансформаторов можно посмотреть и скачать по ссылке. (размер — 5.5Мб). Автор М.А. Александров — Санкт-Петербург, ПЭИПК.

Защита трансформаторов от перегрузки — принцип действия

Электрооборудование и схемы на подстанциях должны быть защищены для избегания и контроля разнообразных повреждений из-за аномальных токов и/или неравномерного напряжения. Мы рассмотрим, как устанавливается и зачем нужна релейная защита трансформаторов от перегрузки, принцип дифференциальной защиты и прочие контрольные процессы с предохранителями.

Виды защит

Все оборудование, используемое в силовых установках или для бытовых нужд (автотрансформаторов), стандартно защищено от кратковременных перегрузок и отключений от сети. Защита блока генератора трансформатора (ГОСТ 2487-81) от перенапряжений нужна, чтобы убедиться, что устройство выдержит напряжение гораздо больше заданного лимита, для этого осуществляется выбор предохранителя. Это значит, что при сбое подачи электрической энергии, несколько устройств одновременно начнут нормализовать напряжение, из-за чего проблема решится гораздо быстрее.

Виды защит силовых трансформаторов (основные виды защиты и резервные):

• Предохранители или трехфазные выключатели. Могут контролировать достаточно мощную сеть, а также помогают от грозовых скачков напряжений, очень эффективны в условиях производства или стабилизации напряжения и защиты многоэтажных домов;
• Управляемые реле, которые косвенно действуют на выключатель катушки;
• Пожарная защита (использование жаростойких материалов);
• Дифференциальная защита трансформатора;
• Газовая защита трансформатора (азотная);
• Страховка при помощи специальных компьютерных программ.

Видео: проверка защиты трансформатора

Принцип действия газовой защиты

Типичный силовой трансформатор имеет газовое реле, которое состоит из двух отделений, каждое из которых выполняет отличительную функцию. Это нагнетающая газ камера, установлена прямо над барокамерой. Когда уровень газа доходит до максимума, то камера начинает в небольших количествах его выпускать, это производится при помощи небольших выхлопов или постепенного открытия клапанов. В данной конструкции, сигнализатором допустимого уровня газа служит простой поплавок.

Фото — Газовая защита

Индикатор может не только демонстрировать нынешний уровень наполненности резервуара, но и контролировать проходимость газа, работу трансформатора и многое другое при правильной настройке. Запрограммировать прибор может работник обслуживающей ТЭЦ.

Барокамера – это второе отделение газового реле, она подключается непосредственно к масляному контуру трансформатора и соединяет вертикальные каналы, открывает путь для поднимающегося газа.

Сильфон в барокамере выступает в качестве индикатора изменения давления. Внезапное повышение давления масла сжимает меха, и диафрагма начинает двигаться, также это может происходить из-за изменения атмосферного давления. Благодаря этому срабатывает специальный клапан, который отключает трансформатор, и включается дуговая защита. Сильфон – это очень нежная антикоррозийная деталь, при малейшем отклонении или повреждении, он перестает корректно работать и нуждается в полной замене.

Автоматическая релейная защита

Реле в трансформаторе представляет собой емкость с маслом, совмещенную с соединительной трубкой, выходящей из главного резервуара устройства. Используется в буровой установке для защиты от коротких замыканий, морской технике, печных трансформаторов, ГПП и т.д. Состоит из двух основных элементов: резервуара и поплавка. Поплавок крепится на шарнире таким образом, что он может двигаться вверх и вниз в зависимости от уровня масла в резервуаре реле. Один ртутный переключатель установлен на поплавок. Положение ртутного выключателя зависит от положения поплавка.

Читать еще:  Защита от молний

Фото — Защита реле

Нижний элемент состоит из перегородки и ртутного индикатора. Эта пластина крепится плавкими шарнирами прямо напротив входа реле в трансформатор, таким образом, что, когда масло поступает с высоким давлением, производится его выравнивание.

Помимо этих основных элементов реле, в нем есть также газовые камеры, провода, клеммы, кабеля нейтрали и т.д.

Принцип действия релейной защиты трансформатора очень прост, схема дана ниже. Он является механическим приводом, и всякий раз, когда проявляются незначительные внутренние неисправности в трансформаторе, такие как нарушение изоляции, поломка сердечника трансформатора и прочее, уровень масла падает в контейнере, из-за чего ртутный индикатор отключает трансформатор от сети питания. Конечно, это не решает проблему электромагнитного излучения, но все, же значительно продлевает срок службы и качество работы кабелей, катушек и повышающих ток линий.

Фото — Принцип работы

Принцип действия токовой дифференциальной защиты

Как правило, дифференциальная или тепловая защита предоставляется в электрических силовых и высоковольтных «сухих» трансформаторах с напряжением не менее 5MVA, с выключателями и контроллерами для защиты их от замыканий и перенапряжений.

Фото — Продольная дифференциальная защита

У неё есть определенные преимущества по сравнению с прочими видами защиты:

1. возникающие неисправности в ТМГ внутри изоляционного масла могут быть обнаружены с помощью реле. Дифференциальные устройства могут самостоятельно обнаружить практически все ошибки.
2. дифференциальное реле, как правило, сразу реагирует на любые повреждения цепей, в зависимости от их квалификации.

Диф защита имеет самый простой принцип работы, и устанавливается прямо в трансформаторный шкаф. Дифференциальные реле сравнивают между собой первичный ток и вторичный, если находят дисбаланс между ними, то срабатывает защита.

Как видите, технологические способы защиты трансформатора основаны на контроле неравенства номинальных показателей. Это может быть уровень масла, тока, напряжения сети и т.д. Особое внимание нужно уделять защите масляных трансформаторов, в частности микропроцессорная схема сможет решить многие проблемы.

Процессор автоматически контролирует уровень поступающего масла в резервуар, и как только достигнут его максимум, отключает питание устройства. Это в основном используется для собственных (бытовых) электродвигателей, распределительных подстанций, сетей или трехобмоточных трансформаторов «масляного типа» с мощностью до 10-15 кВ, очень подробно описывается в книге Шабад.

Согласно ПУЭ, дистанционная или программная защита трансформатора (автоматика) устанавливается при напряжении сети от 6 В до нагрузки в 35 В и выше, расчет установок производится только квалифицированным работником. Ранее для этого пользовались вакуумными методиками, но поплавки оказались более действенными, и максимальная защита значительно выше.

Купить устройства для защиты трансформаторов можно в любом городе России и Украины: Киеве, Москве, Санкт-Петербурге Вологде. Средняя стоимость – от 8000 рублей.

Поперечная дифференциальная защита линий электропередач

Защита построена идентично продольной и основана на принципе сравнивания токов, только для защиты ВЛ и КЛ, установка трансформаторов тока выполняется на разных линиях, питание, которых осуществляется от одного источника, например, от одного выключателя нагрузки, а не на концах участка линии. Трансформаторы тока должны быть идентичны по своим параметрам, их коэффициент трансформации должен быть одинаков.

Рис №2. Поперечная дифференциальная токовая защита параллельно расположенных высоковольтных линий, а) схема токовых цепей, б) цепи напряжения, г; д) – схема цепей постоянного тока.

После отключения одной из линий, блок-контактами высоковольтных выключателей, дифференциальная защита выводится из работы, это происходит для того, чтобы осуществить устранение неселективности действия при внешнем КЗ.

Принцип действия поперечной дифференциальной защиты, позволяет обходиться без настройки защиты на замедление действия, значит, при КЗ линии, произойдет мгновенное отключение, при КЗ в противоположных концах линии наблюдается каскадное (поочередное) действие дифференциальной защиты.

Рис№3. Каскадное срабатывание дифференциальной защиты: а) КЗ в начале ВЛ; б) КЗ в конце ВЛ

Основные условия выбора тока срабатывания:

1. При внешних КЗ, не должно происходить срабатывание защиты от максимально высокого тока небаланса.
2. При отключении одной из подключенных параллельно линий электропередач, если вторая линия полностью, на 100% загружена, не должна осуществляться работа защиты.
3. Чувствительность защиты зависит от КЗ на границе каскадного действия рядом с точкой равной чувствительности, в которой наблюдается равенство токов в реле комплектов защит обеих линий.

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.

Защита бытовых сетей (УЗО)

Защита от перенапряжения в частном доме

Читайте также:  Как правильно установить встраиваемый холодильник

Работа устройств с дифзащитой, устанавливаемых на вводах в административные и жилые здания, ничем существенно не отличается от уже рассмотренного ранее принципа действия для трансформаторов и двигателей. В них также имеется чувствительный элемент, реагирующий на дисбаланс втекающего и вытекающего тока и реагирующий при его появлении отключением потребителя от питающей линии.

Устройства этого класса, используемые в обозначенных выше целях, получили название УЗО (смотрите рисунок ниже).

Защита линии с УЗО

Причиной возникновения дисбаланса токов в бытовых условиях могут быть следующие факторы:

• Прикосновение человека или животного к оголенным токовым носителям (проводам) или к оказавшемуся под опасным потенциалом корпусу оборудования;
• Разрушение изоляции электропроводки с угрозой КЗ;
• Повышенная влажность в обслуживаемом помещении (в ванной, например);
• Повреждение кабелей бытовых электроприборов с образованием утечки на землю.

Обратите внимание! В тех случаях, когда система узо срабатывает без наличия нарушений в работе потребителя (без нагрузки токами утечки), следует считать, что этот прибор неисправен и подлежит ремонту.

Особенностью функционирования систем УЗО является реагирование на микроскопические токи утечки (мкА), фиксируемые при появлении малейшей «подозрительной» пассивной или емкостной связи с землёй. При этом такая система срабатывает практически мгновенно, обеспечивая стопроцентную защиту человека от поражения электричеством.

В электротехнике принимается за правило, что обеспечить эффективную дифференциальную защиту с помощью УЗО удаётся лишь при использовании трехуровневой схемы. Это означает, что в защищаемую линию последовательно включается несколько устройств, рассчитанных на три уровня значений токов утечки: 100-300, 30 и 10 мА, соответственно.

Важно! Такая токовая защита, работающая по дифференциальному принципу, может быть эффективной даже на объектах, где в составе проводки шина заземления отсутствует.

Ещё одной особенностью этого устройства является необходимость периодически (не реже раза в месяц) проверять его работоспособность, для чего на нём имеется специальная кнопка под названиями «Тест» или «Проверка». В проверочную схему, помимо контрольной кнопки, входит ограничительный резистор, через который во время тестирования пропускается определённый ток, соответствующий аварийной ситуации.

Микропроцессорные терминалы диф защиты

Все рассмотренные выше реле относятся к электромеханическим. Их производство начато давно. Несмотря на высокую надежность, они уже морально устарели. А знаниями и навыками, необходимыми для их наладки и проверки обладают далеко не все релейщики.

Перспектива развития дифференциальной защиты подразумевает замену электромеханической техники на микропроцессорные терминалы защит, выпускаемые ведущими электротехническими фирмами: АВВ, Schneider Electric, Siprotec и другими.

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

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.

Компенсация угловых сдвигов первичных токов и исключение токов нулевой чувствительности

Для силовых трансформаторов со схемой соединения «звезда−треугольник» между токами высшего и низшего напряжения существует угловой сдвиг с кратностью в 300. Без принятия мер для компенсации этого сдвига потребовалось бы значительное загрубление дифференциальной защиты по току срабатывания. Поэтому угловой сдвиг первичных токов компенсируется соответствующим поворотом вторичных токов на одной из сторон трансформатора.

Первичный поворот токов происходит из-за соединения обмоток трансформатора в «треугольник». Поэтому для компенсации фазовой погрешности трансформаторы тока тоже соединяются в треугольник.

Теоретически безразлично, на какой стороне соединить трансформаторы тока в «треугольник». Однако для силового трансформатора с заземленной нулевой точкой на стороне «звезда» при внешнем повреждении на землю со стороны нейтрали протекают токи нулевой последовательности – нейтраль «генерирует» токи нулевой последовательности. Эти токи трансформируются во вторичную цепь на стороне высшего напряжения, а на стороне «треугольника» в трансформаторах тока эти токи отсутствуют, так как первичные токи нулевой последовательности циркулируют внутри обмотки «треугольника» и не выходят во внешнюю цепь. Таким образом, весь ток нулевой последовательности со стороны «звезды» трансформатора будет протекать в дифференциальную цепь.

Для предотвращения ложного срабатывания дифференциальной защиты необходимо подавить токи нулевой последовательности в дифференциальной цепи.

Соединение трансформаторов тока на стороне «звезды» силового трансформатора в «треугольник» обеспечивает, с одной стороны, компенсацию углового сдвига первичных токов и, с другой стороны, отсутствие тока нулевой последовательности в дифференциальной цепи за счет того, что токи нулевой последовательности циркулируют внутри схемы «треугольника» трансформаторов тока.

Следует заметить, что соединение трансформаторов тока в «треугольник» увеличивает нагрузку вторичной цепи в три раза, что может привести к увеличению погрешности трансформаторов тока, необходимости увеличения сечения контрольных кабелей, замены трансформаторов тока и т.д.

В современных цифровых дифференциальных защитах компенсация углового сдвига токов и исключение токов нулевой последовательности обеспечивается программными средствами, что позволяет на всех сторонах силового трансформатора соединять трансформаторы тока в «звезду».

Интересное видео о защите силового трансформатора: