Artikkelissa opit mitä differentiaalisuoja on, miten se toimii ja mitä positiivisia ominaisuuksia sillä on. Siinä puhutaan myös voimalinjojen differentiaalisen suojauksen puutteista. Opit myös käytännön järjestelmiä laitteiden ja sähkölinjojen suojaamiseen.
Erotussuojaustyyppiä pidetään tällä hetkellä yleisimpänä ja nopeimpana. Se pystyy suojaamaan järjestelmää vaiheiden välisiltä oikosuluilta. Ja niissä järjestelmissä, joissa käytetään kiinteästi maadoitettua nollaa, se voi helposti estää yksivaiheisten oikosulkujen esiintymisen. Differentiaalityyppistä suojausta käytetään suojaamaan voimalinjoja, suuritehoisia moottoreita, muuntajia, generaattoreita.
Yhteensä kahta erilaista suojaustyyppiä:
- Jännitykset tasapainottavat toisiaan.
- Kiertovirralla.
Tässä artikkelissanäitä molempia differentiaalisuojatyyppejä harkitaan, jotta niistä saadaan mahdollisimman paljon tietoa.
Differentiaalinen suojaus kiertovirroilla
Periaate on, että virtoja verrataan. Ja tarkemmin sanottuna, elementin alussa, jonka suojaus suoritetaan, sekä lopussa on parametrien vertailu. Tätä järjestelmää käytetään pitkittäistyypin ja poikittaisen toteutuksessa. Ensimmäisiä käytetään varmistamaan yhden voimalinjan, sähkömoottorien, muuntajien, generaattoreiden turvallisuus. Pitkittäisdifferentiaalilinjan suojaus on hyvin yleistä nykyaikaisessa energiateollisuudessa. Toista differentiaalisuojaustyyppiä käytetään käytettäessä rinnakkain toimivia voimalinjoja.
Linjojen ja laitteiden pituuserosuojaus
Pitkittäistyyppisuojauksen toteuttamiseksi on tarpeen asentaa samat virtamuuntajat molempiin päihin. Niiden toisiokäämit on kytkettävä toisiinsa sarjaan lisäsähköjohtojen avulla, jotka on kytkettävä virtareleisiin. Lisäksi nämä virtareleet on kytkettävä rinnan toisiokäämiin. Normaaleissa olosuhteissa sekä ulkoisen oikosulun läsnäollessa muuntajien molemmissa ensiökäämeissä kulkee sama virta, joka on yhtä suuri sekä vaiheiltaan että suuruudeltaan. Hieman pienempi arvo virtaa releen sähkömagneettisen virtakäämin läpi. Voit laskea sen yksinkertaisella kaavalla:
Ir=I1-I2.
Oletetaan, että muuntajien virtariippuvuudet täsmäävät täysin. Siksi edellä mainittu ero virta-arvoissa on lähellä nollaa tai yhtä suuri kuin se. Toisin sanoen Ir=0 ja suojaus ei toimi tällä hetkellä. Apujohdot, jotka yhdistävät muuntajien toisiokäämit, kierrättävät virtaa.
Pitkittäistyyppisen tasaussuojan kaavio
Tämän differentiaalisen suojapiirin avulla voit saada samat arvot virroille, jotka kulkevat muuntajien toisiopiirin läpi. Tämän perusteella voimme päätellä, että tämä suojausjärjestelmä on nimetty sellaiseksi toimintaperiaatteen vuoksi. Tässä tapauksessa alue, joka sijaitsee suoraan virtamuuntajien välissä, putoaa suojavyöhykkeelle. Mikäli suojavyöhykkeellä tapahtuu oikosulku, virta I1 virtaa sähkömagneettisen releen käämin läpi, kun se saa virtaa muuntajan toiselta puolelta. Se lähetetään muuntajan toisiopiiriin, joka on asennettu linjan toiselle puolelle. On tarpeen kiinnittää huomiota siihen, että toisiokäämissä on erittäin korkea vastus. Siksi sen läpi ei kulje lähes yhtään virtaa. Tämän periaatteen mukaan renkaiden, generaattoreiden, muuntajien erotussuojaus toimii. Mikäli I1 osoittautuu yhtä suureksi tai suuremmaksi kuin Ir, suojaus alkaa toimia avaten kytkinten kosketinryhmän.
Oikosulku ja piirisuoja
Jos suoja-alueella tapahtuu oikosulku, molemmatsivuilla sähkömagneettisen releen läpi kulkee virta, joka on yhtä suuri kuin kunkin käämin virtojen summa. Tässä tapauksessa suojaus aktivoituu myös avaamalla kytkinten koskettimet. Kaikissa yllä olevissa esimerkeissä oletetaan, että muuntajien kaikki tekniset parametrit ovat täsmälleen samat. Siksi Ir=0. Mutta nämä ovat ihanteellisia olosuhteita, todellisuudessa primäärivirtojen magneettijärjestelmien suorituskyvyn pienistä eroista johtuen sähkölaitteet eroavat merkittävästi toisistaan, jopa samantyyppiset. Jos virtamuuntajien ominaisuuksissa on eroja (kun rakenteen differentiaalinen vaihesuojaus on toteutettu), toisiopiirien virrat eroavat, vaikka ensiöpiirit olisivat täysin samat. Nyt meidän on pohdittava, kuinka differentiaalisuojapiiri toimii, jos sähköjohdossa tapahtuu ulkoinen oikosulku.
Ulkoinen oikosulku
Ulkoisen oikosulun esiintyessä differentiaalisuojan sähkömagneettisen releen läpi kulkee epäsymmetriavirta. Sen arvo riippuu suoraan siitä, mikä virta kulkee muuntajan ensiöpiirin läpi. Normaalissa kuormitustilassa sen arvo on pieni, mutta ulkoisen oikosulun läsnä ollessa se alkaa kasvaa. Sen arvo riippuu myös vian alkamisen jälkeisestä ajasta. Lisäksi sen pitäisi saavuttaa enimmäisarvonsa muutaman ensimmäisen sulkemisen alkamisen jälkeen. Juuri tähän aikaan koko I-oikosulku virtaa muuntajien ensiöpiirien läpi.
On myös syytä huomata, että aluksi I oikosulku koostuu kahdesta virrasta - suorasta ja vaihtovirrasta. Niitä kutsutaan myösjaksolliset ja jaksolliset komponentit. Differentiaalisuoja on sellainen, että ajoittainen komponentin läsnäolo virrassa pitää aina aiheuttaa muuntajan magneettijärjestelmän liiallista kyllästymistä. Tämän seurauksena epätasapainopotentiaaliero kasvaa jyrkästi. Kun oikosulkuvirta alkaa pienentyä, myös järjestelmän epäsymmetria-arvo pienenee. Tämän periaatteen mukaisesti suoritetaan muuntajan differentiaalinen suojaus.
Suojarakenteiden herkkyys
Kaikki tasaussuojat toimivat nopeasti. Ja ne eivät toimi ulkoisten oikosulkujen läsnä ollessa, joten on tarpeen valita sähkömagneettiset releet ottaen huomioon järjestelmän suurin mahdollinen epätasapainovirta ulkoisen oikosulun läsnä ollessa. On syytä kiinnittää huomiota siihen, että tämäntyyppisellä suojauksella on erittäin alhainen herkkyys. Sen kasvattamiseksi sinun on täytettävä useita ehtoja. Ensinnäkin on tarpeen käyttää virtamuuntajia, jotka eivät kyllästä magneettipiirejä sillä hetkellä, kun virta kulkee ensiöpiirin läpi (sen arvosta riippumatta). Toiseksi on toivottavaa käyttää nopeasti kyllästyviä sähkölaitteita. Ne on kytkettävä suojattavien elementtien toisiokäämeihin. Sähkömagneettinen rele on kytketty nopeasti kyllästyvään muuntajaan (virtaerosuojasta tulee mahdollisimman luotettava) rinnan toisiokäämityksensä kanssa. Näin generaattorin tai muuntajan differentiaalisuojaus toimii.
Lisää herkkyyttä
Oletetaan, että ulkoinen oikosulku on tapahtunut. Tässä tapauksessa tietty virta kulkee suojamuuntajien ensiöpiirien läpi, jotka koostuvat jaksollisista ja jaksollisista komponenteista. Samat "komponentit" ovat läsnä epäsymmetriavirrassa, joka virtaa nopeasti kyllästyvän muuntajan ensiökäämin läpi. Tässä tapauksessa virran ajoittainen komponentti kyllästää sydämen merkittävästi. Siksi virran muutosta toisiopiiriin ei tapahdu. Jaksottaisen komponentin vaimenemisen myötä magneettipiirin kyllästyminen laskee merkittävästi, ja vähitellen tietty virta-arvo alkaa ilmestyä toisiopiiriin. Mutta epätasapainon virran enimmäistaso on paljon pienempi kuin nopeasti kyllästyvän muuntajan puuttuessa. Siksi voit lisätä herkkyyttä asettamalla suojavirran arvon pienemmäksi tai yhtä suureksi kuin epäsymmetriapotentiaalieron enimmäisarvo.
Positiiviset erotussuojauksen ominaisuudet
Ensimmäisten jaksojen aikana magneettipiiri kyllästyy erittäin voimakkaasti, muutosta ei käytännössä tapahdu. Mutta jaksollisen komponentin vaimenemisen jälkeen jaksollinen osa alkaa muuttua toisiopiirissä. On syytä kiinnittää huomiota siihen, että se on erittäin tärkeää. Siksi sähkömagneettinen rele toimii ja katkaisee suojatun piirin. Erittäin alhainen muunnos ensimmäisen noin puolentoista ajanjakson aikana hidastaa suojapiirin toimintaa. Mutta tällä ei ole suurta merkitystä käytännön piirisuojapiirien rakentamisessa.
Muuntajan differentiaalisuojaus ei toimi tapauksissa, joissa sähköpiiri on vaurioitunut suojavyöhykkeen ulkopuolella. Siksi aikaviivettä ja selektiivisyyttä ei vaadita. Suojauksen vasteaika vaihtelee välillä 0,05 - 0,1 sekuntia. Tämä on tämäntyyppisen differentiaalisuojauksen v altava etu. Mutta on toinen etu - erittäin korkea herkkyys, varsinkin kun käytetään nopeasti kyllästävää muuntajaa. Pienemmistä eduista kannattaa mainita, kuten yksinkertaisuus ja erittäin korkea luotettavuus.
Negatiiviset ominaisuudet
Mutta sekä pitkittäis- että poikittaissuojauksella on haittoja. Se ei esimerkiksi pysty suojaamaan sähköpiiriä, kun se altistuu ulkopuolelta tuleville oikosulkuille. Se ei myöskään pysty avaamaan sähköpiiriä, kun se altistuu voimakkaalle ylikuormitukselle.
Valitettavasti suojaus voi toimia, jos apupiiri on vaurioitunut, johon toisiokäämi on kytketty. Mutta kaikki differentiaalisuojauksen edut kiertovirralla keskeyttävät nämä pienet haitat. Mutta ne pystyvät suojaamaan hyvin lyhyitä, enintään kilometrin pituisia voimalinjoja.
Niitä käytetään hyvin usein johtojen suojauksen toteutuksessa, joiden avulla saadaan virtaa erilaisiin voimalaitosten ja generaattoreiden toimintaan tarvittaviin laitteisiin. Siinä tapauksessa, että sähkölinjan pituus on esimerkiksi erittäin suuri, se on useita kymmeniä kilometrejä, suojauksen mukaantämä piiri on erittäin vaikea suorittaa, koska sähkömagneettisten releiden ja muuntajien toisiokäämien kytkemiseen on käytettävä poikkileikkaukseltaan erittäin suuria johtoja.
Jos käytät vakiojohtoja, virtamuuntajien kuorma on liian suuri, samoin kuin epäsymmetriavirta. Mutta mitä tulee herkkyyteen, se osoittautuu erittäin alhaiseksi.
Suojareleiden suunnittelu ja piirien laajuus
Erittäin pitkissä voimalinjoissa käytetään piiriä, jossa on erityinen suojarele. Sen avulla voit tarjota normaalin herkkyystason ja käyttää tavallisia liitäntäjohtoja. Poikittaisdifferentiaalisuojaus toimii vertaamalla kahden linjan virtaa vaiheissa ja suuruuksissa.
Nopeaa erotussuojaa käytetään voimalinjoissa, joissa jännite on 3-35 tuhatta volttia. Tämä tarjoaa luotettavan suojan vaiheiden välistä oikosulkua vastaan. Differentiaalisuojaus toteutetaan kaksivaiheisena, koska sähköverkkoa, jolla on edellä mainitut käyttöjännitteet, ei ole maadoitettu nollajoilla. Muussa tapauksessa nolla on kytketty maahan valokaaren avulla.
Apujohdot suojapiirien suunnittelussa
Virtamuuntajat ovat suhteellisen lähellä toisiaan. Siksi apujohdot ovat melko lyhyitä. Käytettäessä halkaisij altaan pieniä johtojamuuntajat altistuvat suhteellisen pienelle kuormitukselle. Mitä tulee epäsymmetriavirtaan, se on myös pieni. Mutta herkkyysaste on erittäin korkea. Jos jokin linja katkeaa, differentiaalisuoja muuttuu virraksi, aikaviivettä ja selektiivisyyttä ei ole. Väärien hälytysten estämiseksi linjan apukoskettimet irrota piiri.
Straverse-piirin differentiaalisuojaus
Poikittaissuojausta käytetään laaj alti rinnakkaisten linjajärjestelmien kehittämisessä. Kytkimet on asennettu linjan molemmille puolille. Tärkeintä on, että tällaisia linjoja on erittäin vaikea suojata yksinkertaisilla piireillä. Syynä on se, että normaalin selektiivisyyden saavuttaminen on mahdotonta. Selektiivisyyden parantamiseksi aikaviive on valittava huolellisesti. Mutta jos käytetään poikittaissuuntaista differentiaalisuojausta, aikaviivettä ei tarvita, selektiivisyys on melko korkea. Hänellä on tärkeät elimet:
- Tehon suunta. Usein käytetään kaksitoimisia tehonsuuntareleitä. Joskus käytetään paria yksitoimista differentiaalisuojarelettä, jotka toimivat eri tehosuunnissa.
- Aloitus - pääsääntöisesti sen roolissa käytetään nopeita releitä, joilla on suurin mahdollinen virta.
Järjestelmän rakenne on sellainen, että johtoihin asennetaan virtamuuntajia, joiden toisiokäämit on kytketty kiertovirtapiiriin. Mutta kaikki virtakäämit kytketään päälle sarjassa sen jälkeenmitä ne on kytketty lisäjohtojen avulla virtamuuntajiin. Jotta differentiaalivaihesuojaus toimisi, releeseen syötetään jännitettä asennusten kiskoista. Koko sarja on asennettu niihin. Jos tarkastelet piiriä muuntajien toisiopiirien ja suojareleen kytkemiseksi päälle, voimme päätellä, miksi sitä kutsutaan "suunnatuksi kahdeksaksi". Koko järjestelmä on tehty kahdessa sarjassa. Johdon kummassakin päässä on yksi sarja, joka tarjoaa virtajohdon differentiaalisuojan.
Yksivaiheinen relepiiri
Suojareleen jännite syötetään käänteisessä vaiheessa siihen, mikä tarvitaan yhden vaurioituneen johdon katkaisemiseen. Normaalissa käytössä (mukaan lukien ulkoinen oikosulku) vain epäsymmetriavirta kulkee relekäämien läpi. Väärien laukaisujen välttämiseksi on välttämätöntä, että käynnistysreleiden laukaisuvirta on suurempi kuin epäsymmetriavirta. Harkitse kahden linjan suojaamista.
Oikosulun alussa jonkin verran virtaa kulkee toisen linjan suojavyöhykkeellä. Kannattaa kiinnittää huomiota siihen, että:
- Käynnistysrele aktivoitu.
- Yhden sähköaseman puolella tehon suuntarele avaa katkaisijan koskettimet.
- Toisen sähköaseman puolelta johto katkaistaan myös kytkimillä.
- Tehon suunnan releessä vääntömomentti on negatiivinen, joten koskettimet ovat auki.
Ensimmäisen linjan suojareleen käämeissävirran liikkeen suunta muuttuu (suhteessa ensimmäiseen riviin) oikosulun aikana. Tehon suuntarele pitää kosketinryhmän avoimessa tilassa. Molempien sähköasemien puolella olevat katkaisijat avautuvat.
Vain tällainen linjadifferentiaalisuojaus voi toimia kunnolla vain, kun molemmat linjat kulkevat rinnakkain. Jos yksi niistä kytketään pois päältä, erotussuojan toimintaperiaatetta rikotaan. Näin ollen lisäsuojaus johtaa toisen linjan ei-selektiiviseen sammutukseen ulkoisten oikosulkujen aikana. Tässä tapauksessa siitä tulee tavallinen suuntavirta, eikä siinä ole aikaviivettä. Tämän välttämiseksi poikkisuuntainen suojaus kytkeytyy automaattisesti pois päältä yhden linjan katkaisemisen aikana katkaisemalla piiri apukoskettimella.
Lisäsuojatyypit
Käynnistysreleiden laukaisuvirtojen on oltava suurempia kuin epäsymmetriavirtojen ulkoisen oikosulun aikana. Väärien positiivisten tulosten välttämiseksi, kun yksi johdoista on irrotettu ja suurin kuormitusvirta kulkee jäljelle jäävän läpi, sen on oltava suurempi kuin epäsymmetriapotentiaaliero. Jos linjalla on poikittaistyyppinen differentiaalisuojaus, on annettava lisäasteita.
Ne mahdollistavat yhden linjan suojaamisen, kun rinnakkaisjohto on kytketty pois päältä. Tyypillisesti niitä käytetään ylivirtasuojaukseen ulkoisen oikosulun aikana (tässä tapauksessa erosuoja ei reagoi). Lisäksi lisäsuojaon varmuuskopio differentiaalista (jos jälkimmäinen epäonnistui).
Käytetään usein suunnattua ja suuntaamatonta virtasuojausta, katkaisua jne. Poikkisuuntainen differentiaalisuojaus on rakenteeltaan yksinkertainen, erittäin luotettava ja sitä on käytetty laaj alti sähköverkoissa, joiden jännite on 35 tuhatta volttia tai lisää. Näin differentiaalisuojaus toimii, sen toimintaperiaate on melko yksinkertainen, mutta sinun on silti tiedettävä ainakin sähkötekniikan perusteet, jotta ymmärrät kaikki hienoudet.
