Rakstā uzzināsiet par to, kas ir diferenciālā aizsardzība, kā tā darbojas, kādas pozitīvas īpašības tai piemīt. Tāpat tiks runāts par to, kādi ir elektrolīniju diferenciālās aizsardzības trūkumi. Apgūsiet arī praktiskas shēmas ierīču un elektropārvades līniju aizsardzībai.
Diferenciālais aizsardzības veids pašlaik tiek uzskatīts par visizplatītāko un ātrāko. Tas spēj aizsargāt sistēmu no fāzes-fāzes īssavienojumiem. Un tajās sistēmās, kurās tiek izmantota stingri iezemēta neitrāla, tas var viegli novērst vienfāzes īssavienojumu rašanos. Diferenciālo aizsardzības veidu izmanto, lai aizsargātu elektropārvades līnijas, lieljaudas motorus, transformatorus, ģeneratorus.
Pavisam ir divu veidu diferenciālā aizsardzība:
- Ar spriedzi, kas līdzsvaro viens otru.
- Ar cirkulējošo strāvu.
Šis raksts būstiek ņemti vērā abi šie diferenciālās aizsardzības veidi, lai par tiem uzzinātu pēc iespējas vairāk.
Diferenciālā aizsardzība, izmantojot cirkulācijas strāvu
Princips ir tāds, ka strāvas tiek salīdzinātas. Un, ja precīzāk, tad elementa sākumā ir parametru salīdzinājums, kura aizsardzība tiek veikta, kā arī beigās. Šo shēmu izmanto gareniskā tipa un šķērsvirziena īstenošanā. Pirmie tiek izmantoti, lai nodrošinātu vienas elektropārvades līnijas, elektromotoru, transformatoru, ģeneratoru drošību. Garenvirziena diferenciālo līniju aizsardzība ir ļoti izplatīta mūsdienu enerģētikas nozarē. Otrs diferenciālās aizsardzības veids tiek izmantots, izmantojot elektropārvades līnijas, kas darbojas paralēli.
Līniju un ierīču garendiferenciālā aizsardzība
Lai ieviestu garenvirziena tipa aizsardzību, abos galos nepieciešams uzstādīt vienādus strāvas transformatorus. To sekundārie tinumi ir jāsavieno viens ar otru virknē ar papildu elektrisko vadu palīdzību, kas jāpievieno strāvas relejiem. Turklāt šiem strāvas relejiem ir jābūt paralēli savienotiem ar sekundārajiem tinumiem. Normālos apstākļos, kā arī ārēja īssavienojuma klātbūtnē abos transformatoru primārajos tinumos plūdīs viena un tā pati strāva, kas būs vienāda gan fāzē, gan pēc lieluma. Caur releja elektromagnētiskās strāvas tinumu plūdīs nedaudz mazāka vērtība. Varat to aprēķināt, izmantojot vienkāršu formulu:
Ir=I1-I2.
Pieņemsim, ka transformatoru strāvas atkarības pilnībā sakritīs. Tāpēc iepriekš minētā pašreizējo vērtību atšķirība ir tuvu nullei vai vienāda ar to. Citiem vārdiem sakot, Ir=0 un aizsardzība šobrīd nedarbojas. Papildu vadi, kas savieno transformatoru sekundāros tinumus, cirkulē strāvu.
Gareniskā tipa diferenciālās aizsardzības shēma
Šī diferenciālās aizsardzības shēma ļauj iegūt vienādas strāvu vērtības, kas plūst caur transformatoru sekundāro ķēdi. Pamatojoties uz to, varam secināt, ka šī aizsardzības shēma tā nosaukta darbības principa dēļ. Šajā gadījumā zona, kas atrodas tieši starp strāvas transformatoriem, ietilpst aizsargjoslā. Gadījumā, ja notiek īssavienojums, aizsardzības zonā, barojot no vienas transformatora puses, strāva I1 plūst caur elektromagnētiskā releja tinumu. Tas tiek nosūtīts uz transformatora sekundāro ķēdi, kas ir uzstādīta līnijas otrā pusē. Ir jāpievērš uzmanība tam, ka sekundārajā tinumā ir ļoti augsta pretestība. Tāpēc caur to gandrīz neplūst strāva. Saskaņā ar šo principu darbojas riepu, ģeneratoru, transformatoru diferenciālā aizsardzība. Gadījumā, ja I1 izrādās vienāds vai lielāks par Ir, aizsardzība sāk darboties, atverot slēdžu kontaktu grupu.
Īsslēguma un ķēdes aizsardzība
Īsslēguma gadījumā aizsargājamajā zonā, abipusēs caur elektromagnētisko releju plūst strāva, kas ir vienāda ar katra tinuma strāvu summu. Šajā gadījumā aizsardzība tiek aktivizēta arī, atverot slēdžu kontaktus. Visi iepriekš minētie piemēri pieņem, ka visi transformatoru tehniskie parametri ir tieši tādi paši. Tāpēc Ir=0. Bet tie ir ideāli apstākļi, patiesībā primāro strāvu magnētisko sistēmu veiktspējas mazo atšķirību dēļ elektriskās ierīces ievērojami atšķiras viena no otras, pat ja tās ir viena veida. Ja ir atšķirības strāvas transformatoru raksturlielumos (kad tiek īstenota konstrukcijas diferenciālfāzu aizsardzība), tad sekundāro ķēžu strāvas atšķirsies, pat ja primārās ir absolūti vienādas. Tagad mums jāapsver, kā darbojas diferenciālās aizsardzības ķēde ārēja īssavienojuma gadījumā elektropārvades līnijā.
Ārējais īssavienojums
Ārēja īssavienojuma klātbūtnē caur diferenciālās aizsardzības elektromagnētisko releju plūdīs nelīdzsvarotības strāva. Tās vērtība ir tieši atkarīga no tā, kāda strāva iet caur transformatora primāro ķēdi. Parastā slodzes režīmā tā vērtība ir maza, bet ārēja īssavienojuma klātbūtnē tā sāk palielināties. Tā vērtība ir atkarīga arī no laika pēc bojājuma sākuma. Turklāt tai vajadzētu sasniegt savu maksimālo vērtību dažos pirmajos periodos pēc slēgšanas sākuma. Tieši šajā laikā viss I īssavienojums plūst caur transformatoru primārajām ķēdēm.
Ir arī vērts atzīmēt, ka sākumā I īssavienojums sastāv no divu veidu strāvas - tiešās un mainīgās. Viņus arī saucperiodiskas un periodiskas sastāvdaļas. Diferenciālās aizsardzības ierīce ir tāda, ka aperiodiska komponenta klātbūtnei strāvā vienmēr ir jāizraisa pārmērīgs transformatora magnētiskās sistēmas piesātinājums. Līdz ar to nelīdzsvarotības potenciāla starpība strauji palielinās. Kad īssavienojuma strāva sāk samazināties, samazinās arī sistēmas nelīdzsvarotības vērtība. Saskaņā ar šo principu tiek veikta transformatora diferenciālā aizsardzība.
Aizsargkonstrukciju jutība
Visi diferenciālās aizsardzības veidi darbojas ātri. Un tie nedarbojas ārējo īssavienojumu klātbūtnē, tāpēc ir nepieciešams izvēlēties elektromagnētiskos relejus, ņemot vērā maksimālo iespējamo disbalansa strāvu sistēmā ārējā īssavienojuma klātbūtnē. Ir vērts pievērst uzmanību faktam, ka šāda veida aizsardzībai ir ārkārtīgi zema jutība. Lai to palielinātu, jums jāatbilst daudziem nosacījumiem. Pirmkārt, ir jāizmanto strāvas transformatori, kas nepiesātina magnētiskās ķēdes brīdī, kad strāva plūst caur primāro ķēdi (neatkarīgi no tās vērtības). Otrkārt, vēlams izmantot ātri piesātināma tipa elektroierīces. Tiem jābūt savienotiem ar aizsargājamo elementu sekundārajiem tinumiem. Elektromagnētiskais relejs ir savienots ar ātri piesātinošu transformatoru (strāvas diferenciālā aizsardzība kļūst pēc iespējas uzticamāka) paralēli tā sekundārajam tinumam. Šādi darbojas ģeneratora vai transformatora diferenciāļa aizsardzība.
Palieliniet jutību
Pieņemsim, ka ir noticis ārējs īssavienojums. Šajā gadījumā noteikta strāva plūst caur aizsargtransformatoru primārajām ķēdēm, kas sastāv no periodiskiem un periodiskiem komponentiem. Tie paši "komponenti" atrodas nelīdzsvarotības strāvā, kas plūst caur ātri piesātina transformatora primāro tinumu. Šajā gadījumā strāvas aperiodiskā sastāvdaļa ievērojami piesātina kodolu. Tāpēc strāvas pārveidošana sekundārajā ķēdē nenotiek. Ar aperiodiskā komponenta vājināšanos ievērojami samazinās magnētiskās ķēdes piesātinājums, un pakāpeniski sekundārajā ķēdē sāk parādīties noteikta strāvas vērtība. Bet maksimālais nelīdzsvarotības strāvas līmenis būs daudz mazāks nekā tad, ja nav ātri piesātina transformatora. Tāpēc jūs varat palielināt jutību, iestatot aizsardzības strāvas vērtību, kas ir mazāka par nelīdzsvarotības potenciāla starpības maksimālo vērtību vai vienāda ar to.
Pozitīvas diferenciālās aizsardzības īpašības
Pirmajos periodos magnētiskā ķēde ir ļoti stipri piesātināta, transformācija praktiski nenotiek. Bet pēc aperiodiskā komponenta sabrukšanas periodiskā daļa sāk pārveidoties sekundārajā ķēdē. Ir vērts pievērst uzmanību tam, ka tas ir ļoti svarīgi. Tāpēc elektromagnētiskais relejs darbojas un izslēdz aizsargāto ķēdi. Ļoti zems transformācijas līmenis pirmajā aptuveni pusotra laika periodā palēnina aizsardzības ķēdes darbību. Bet tam nav lielas nozīmes praktisko ķēžu aizsardzības shēmu izveidē.
Transformatora diferenciāļa aizsardzība nedarbojas gadījumos, kad ir bojāta elektriskā ķēde ārpus aizsardzības zonas. Tāpēc laika aizkave un selektivitāte nav nepieciešama. Aizsardzības reakcijas laiks svārstās no 0,05 līdz 0,1 sekundei. Tā ir milzīga šāda veida diferenciālās aizsardzības priekšrocība. Bet ir vēl viena priekšrocība - ļoti augsta jutības pakāpe, it īpaši, ja tiek izmantots ātri piesātināms transformators. Starp mazākajām priekšrocībām ir vērts atzīmēt tādas kā vienkāršība un ļoti augsta uzticamība.
Negatīvās īpašības
Bet gan garenvirziena, gan šķērseniskajai diferenciālajai aizsardzībai ir trūkumi. Piemēram, tas nespēj aizsargāt elektrisko ķēdi, ja tiek pakļauts īssavienojumiem no ārpuses. Turklāt tas nevar atvērt elektrisko ķēdi, ja tiek pakļauts spēcīgai pārslodzei.
Diemžēl aizsardzība var darboties, ja ir bojāta palīgķēde, kurai pievienots sekundārais tinums. Bet visas diferenciālās aizsardzības priekšrocības ar cirkulējošo strāvu pārtrauc šos nelielos trūkumus. Bet tie spēj aizsargāt elektropārvades līnijas, kuru garums ir ļoti īss, ne vairāk kā kilometru.
Tie ļoti bieži tiek izmantoti vadu aizsardzības realizācijā, ar kuru palīdzību tiek darbinātas dažādas elektrostaciju un ģeneratoru darbībai nepieciešamas ierīces. Gadījumā, ja elektrolīnijas garums ir ļoti liels, piemēram, vairāki desmiti kilometru, aizsardzība saskaņā aršo shēmu ir ļoti grūti izpildīt, jo elektromagnētisko releju un transformatoru sekundāro tinumu pievienošanai ir jāizmanto vadi ar ļoti lielu šķērsgriezumu.
Ja izmantosiet standarta vadus, tad strāvas transformatoru slodze būs pārāk liela, kā arī nelīdzsvarotā strāva. Bet kas attiecas uz jutīgumu, tas izrādās ārkārtīgi zems.
Aizsardzības releju konstrukcijas un ķēžu apjoms
Ļoti garās elektrolīnijās tiek izmantota ķēde, kurā ir īpašas konstrukcijas aizsargrelejs. Ar to jūs varat nodrošināt normālu jutības līmeni un izmantot standarta savienojuma vadus. Šķērsvirziena diferenciālā aizsardzība darbojas, salīdzinot strāvu divās līnijās fāzēs un lielumos.
Ātrgaitas diferenciālo aizsardzību izmanto elektrolīnijās, kurās spriegums plūst diapazonā no 3 līdz 35 tūkstošiem voltu. Tas nodrošina drošu aizsardzību pret fāzu īssavienojumu. Diferenciālā aizsardzība tiek veikta kā divfāžu, jo elektrotīkls ar iepriekšminētajiem darba spriegumiem nav iezemēts ar neitrāliem. Pretējā gadījumā neitrāls ir savienots ar zemi, izmantojot loka tekni.
Palīgvadi aizsargķēžu projektēšanā
Strāvas transformatori atrodas relatīvi tuvu viens otram. Tāpēc papildu vadi ir diezgan īsi. Izmantojot maza diametra vadustransformatori tiks pakļauti salīdzinoši nelielai slodzei. Kas attiecas uz nelīdzsvarotības strāvu, tā ir arī maza. Bet jutīguma pakāpe ir ļoti augsta. Jebkuras līnijas atvienošanas gadījumā diferenciālā aizsardzība kļūst par strāvu, nav laika aizkaves un selektivitātes. Lai novērstu viltus trauksmes, līnijas palīgkontakti atvienojiet ķēdi.
Straverse ķēdes diferenciāļa aizsardzība
Šķērsaizsardzība tiek plaši izmantota paralēli strādājošu līniju sistēmu izstrādē. Abās līnijas pusēs ir uzstādīti slēdži. Būtība ir tāda, ka šādas līnijas ir ļoti grūti aizsargāt ar vienkāršām shēmām. Iemesls ir tāds, ka nav iespējams sasniegt normālu selektivitātes līmeni. Lai uzlabotu selektivitāti, laika aizkave ir rūpīgi jāizvēlas. Bet, ja tiek izmantota šķērsvirziena diferenciālā aizsardzība, laika aizkave nav nepieciešama, selektivitāte ir diezgan augsta. Viņai ir galvenie orgāni:
- Spēka virziens. Bieži tiek izmantoti divkāršas darbības jaudas virziena releji. Dažreiz tiek izmantots pāris viendarbības diferenciālās aizsardzības releju, kas darbojas ar dažādiem jaudas virzieniem.
- Palaižot - parasti savā lomā tiek izmantoti ātrgaitas releji ar maksimālo iespējamo strāvu.
Sistēmas konstrukcija ir tāda, ka uz līnijām ir uzstādīti strāvas transformatori ar sekundārajiem tinumiem, kas savienoti cirkulācijas strāvas ķēdē. Bet visi strāvas tinumi tiek ieslēgti virknē, pēcko tie ir savienoti ar papildu vadu palīdzību strāvas transformatoriem. Lai darbotos diferenciālfāzu aizsardzība, relejam tiek piegādāts spriegums, izmantojot instalāciju kopnes. Tieši uz tiem ir uzstādīts viss komplekts. Ja paskatās uz transformatoru sekundāro ķēžu un aizsargreleja ieslēgšanas ķēdi, mēs varam secināt, kāpēc to sauc par "virzīto astoņu". Visa sistēma ir izgatavota divos komplektos. Katrā līnijas galā ir viens komplekts, kas nodrošina strāvas diferenciālo aizsardzību strāvas līnijai.
Vienfāzes releja ķēde
Aizsardzības releja spriegums tiek piegādāts apgrieztā fāzē, kas nepieciešams, lai atvienotu vienu bojātu līniju. Normālā darbībā (arī ārēja īssavienojuma klātbūtnē) caur releja tinumiem plūst tikai nelīdzsvarotā strāva. Lai izvairītos no viltus atslēgšanās, palaišanas relejiem ir jābūt lielākai par nelīdzsvarotības strāvu. Apsveriet divu līniju aizsardzības darbu.
Īssavienojuma sākumā otrās līnijas aizsargjoslā plūst kāda strāva. Ir vērts pievērst uzmanību tam, ka:
- Starta relejs aktivizēts.
- Vienas apakšstacijas sānos strāvas virziena relejs atver ķēdes pārtraucēja kontaktus.
- No otrās apakšstacijas puses līnija arī tiek atvienota, izmantojot slēdžus.
- Strāvas virziena relejā griezes moments ir negatīvs, tāpēc kontakti ir atvērti.
Pirmās līnijas aizsargreleja tinumosīssavienojuma laikā mainās strāvas kustības virziens (attiecībā pret pirmo līniju). Strāvas virziena relejs uztur kontaktu grupu atvērtā stāvoklī. Atveras abu apakšstaciju sānu slēdži.
Tikai šāda līniju diferenciālā aizsardzība var pareizi darboties tikai tad, ja abas līnijas darbojas paralēli. Gadījumā, ja kāds no tiem tiek izslēgts, tiek pārkāpts diferenciālās aizsardzības darbības princips. Līdz ar to turpmāka aizsardzība noved pie neselektīvas otrās līnijas izslēgšanas ārējo īssavienojumu laikā. Šajā gadījumā tā kļūst par parastu virziena strāvu, un tai nav laika aizkaves. Lai no tā izvairītos, vienas līnijas atvienošanas laikā tiek automātiski atslēgta šķērsvirziena aizsardzība, pārtraucot ķēdi ar palīgkontaktu.
Papildu aizsardzības veidi
Starta releju izslēgšanas strāvām jābūt lielākām par nelīdzsvarotajām strāvām ārējā īssavienojuma laikā. Lai izvairītos no viltus pozitīvajiem rezultātiem, kad viena no līnijām ir atvienota un maksimālā slodzes strāva iet caur pārējo, tai ir jābūt lielākai par nelīdzsvarotības potenciāla starpību. Ja līnijai ir šķērsvirziena diferenciālās aizsardzības veids, ir jānodrošina papildu pakāpes.
Tie ļaus aizsargāt vienu līniju, kad paralēlā ir izslēgta. Parasti tos izmanto aizsardzībai pret pārslodzi ārējā īssavienojuma laikā (šajā gadījumā diferenciālā aizsardzība nereaģē). Turklāt papildu aizsardzībair diferenciāļa dublējums (ja pēdējais neizdevās).
Bieži tiek izmantota virziena un bezvirziena strāvas aizsardzība, atslēgumi utt.. Šķērsvirzienu diferenciālā aizsardzība ir vienkāršas konstrukcijas, ļoti uzticama un plaši izmantota elektrotīklos ar spriegumu 35 tūkstoši voltu vai vairāk. Šādi darbojas diferenciāļa aizsardzība, tās darbības princips ir pavisam vienkāršs, bet tomēr ir jāzina vismaz elektrotehnikas pamati, lai izprastu visas smalkumus.
