Принцип дії диференціального захисту

Для забезпечення довготривалої експлуатації електрообладнання застосовуються різноманітні види захистів. Диференціальний захист набула широкого поширення завдяки високій швидкодії. Застосовується в мережах з глухозаземленою нейтраллю для безпечного функціонування ліній електропередач, електродвигунів, збірних машин, трансформаторів, автотрансформаторів і генераторів від коротких замикань, а також для домашнього використання.

Види і особливості роботи

Диференціальний захист є одним з видів релейного захисту, яка відрізняється абсолютною селективністю і дуже високою швидкістю спрацьовування. Існують такі види діфзащіти: поперечна і поздовжня. Вибір відповідної діфзащіти залежить безпосередньо від ситуації, а для того щоб вміти безпомилково її застосовувати, необхідно знати, в яких випадках вона застосовується, принцип дії, а також основні недоліки і обмеження.

поздовжня захист

Подовжню діфзащіту необхідно встановлювати в ролі основний для захисту потужних трансформаторів і автотрансформаторів.

Основні вимоги:

1. Поодинокі трансформатори і автотрансформатори з потужністю від 6300 кВА.
2. Паралельно працюють трансформатори і автотрансформатори з потужністю від 4000 кВа.
3. Надійна і перешкодозахищеність лінія зв'язку між 2-ма трансформаторами.
4. Трансформатори і автотрансформатори з потужність від 1000 кВА (струмовий відсічення не може домогтися необхідної чутливості при короткому замиканні на виводах з високою напругою, при цьому максимальний захист повинна бути не більше 0,5 секунд).

Схема 1 – Поздовжня діфзащіта трансформатора:

Принцип дії діфзащіти зводиться до порівняння значень струмів фаз, протекающіех по захищеним ділянкам відповідних ліній. Застосовуються трансформатори струму, які служать для вимірювання сили струму на захищеному ділянці ланцюга. Вторинні обмотки цих трансформаторів з'єднані з струмовими реле, в результаті на обмотку реле потрапляє різниця струмів.

При нормальній роботі різницю значення струмів в ланцюзі токового реле буде дорівнює нулю. Однак при короткому замиканні в обмотку реле надійде не різниця, а сума струмів. Контакти реле замикаються, і видається команда на повне відключення пошкодженої ділянки ланцюга.

Однак це все прекрасно працює тільки в теорії. У реальному випадку через обмотку токового реле буде протікати струм, який не дорівнює нулю. Цей струм називається струмом небалансу.

Основні причини появи струму небалансу на обмотці струмового реле:

1. Характеристики трансформаторів струму частіше мають трохи різні характеристики. На підприємстві-виробнику їх випускають попарно, попередньо перевіряють і підганяють їх характеристики (зміна кількості витків обмоток для дотримання відповідності коефіцієнта трансформації трансформатора, який необхідно захистити).
2. Виникнення намагнічує струму, який з'являється в обмотках захищеного трансформатора. У нормальному режимі значення цього струму досягає до 5% від номінального. При холостому ході трансформатора цей струм на нетривалий час може перевищувати значення номінального в кілька разів.
3. Різні сполуки первинної і вторинної обмоток трансформатора (зірка і трикутник). У цій інтерпретації вектора струмів в первинної та вторинної обмотках будуть зміщені на 30 градусів, що утруднить підбір кількості витків. Це легко компенсувати за допомогою з'єднання обмоток належним чином (на стороні зірки з'єднують трикутником, а на стороні трикутника – зіркою).

Необхідно врахувати, що сучасні пристрої, побудовані на базі мікропроцесорів, здатні компенсувати самостійно і для цього потрібно просто вказати в налаштуваннях цього пристрою.

поперечна захист

Застосовується тільки на високовольтних лінія. Поперечна диференційний захист вибирає і обезструмлює одну пошкоджену лінію.

Вона складається з токового реле напрямку потужності, що підключається, як і в поздовжній діфзащіте, з відповідної ділянки на різницю струмів.

Струм подається на реле через послідовно з'єднані контакти для автоматичного виведення захисту при відключенні проблемної лінії, щоб уникнути її дії при КЗ (короткого замикання). Момент, що обертає у реле напрямку потужності залежить безпосередньо від струму, напруги, а також від кута між цими векторними величинами.

При короткому замиканні значення струму на одній з ліній буде більше, ніж на інший, і струм в реле матиме такий же напрямок, як і в першій лінії. Отже, реле замкне свій контакт (сили струму буде досить для притягнення сердечника), і діфзащіта відключить лінію з великим значенням струму. Те ж саме відбудеться і при повішення значення номінального струму в другій лінії, але розімкнеться вже інша контакторная група.

Схема 2 – Поперечна діфзащіта трансформатора

Принцип дії поперечної захисту приблизно такий же, як і у поздовжньої, але є головна відмінність: трансформатори струму слід встановити на кінці окремих ліній, які підключені до даної ділянки.

Переваги і недоліки

Незважаючи на широке застосування завдяки високій швидкості спрацьовування, кожен з видів диференціальних захистів має свої плюси і мінуси.

Переваги поздовжньої діфзащіти:

1. Абсолютна селективність.
2. Можливість застосування з іншими видами захистів.
3. Дуже добре підходить для ліній електропередач (ЛЕП) невеликої довжини.
4. Відключення аварійної ділянки мережі без затримки.

До недоліків поздовжньої захисту можна віднести:

1. Знижується ефективність при проектуванні довгих ЛЕП.
2. Необхідні пристрої контролю за відмовою допоміжних проводів для коригування діфзащіти.
3. Виникнення струму небалансу.
4. Висока вартість при використанні реле (реле з гальмуванням).
5. Дуже складна реалізація (додатково споруджуються лінії зв'язку для трансформаторів струмів).

Переваги поперечної діфзащіти:

1. Висока селективність (100%).
2. Чи не впливає на роботу інших реле в схемах.
3. Миттєве спрацьовування.

Недоліки поперечної захисту:

1. Зростає необхідність повторного запуску захисту при спрацьовуванні.
2. Чи не застосовується у вигляді основної і єдиної захистів.
3. Необхідно враховувати мертві зони, яких кілька.
4. Не може захистити кінці лінії і ошиновки підстанції.
5. Не може визначити місце короткого замикання.
6. Чи не застосовується для ЛЕП, де потрібно відключити лише пошкоджені ділянки.
7. Чи не застосовується з автоматичними вимикачами.
8. Необхідно повністю відключати лінію з пошкодженням.

Застосування в побуті

Ці види захисту можливо застосовувати для житлових будівель в мережах напругою від 230 до 400 вольт, однак ці пристрої називаються діфаппаратамі. Вони бувають двох типів: диференціальні автомати та пристрої захисного відключення. Принцип їх дії заснований на слідстві з закону Кірхгофа (I закон), який має на увазі наступне правило: значення вхідного і вихідного струмів повинні бути рівні. Якщо утворюється струм витоку, то величини не збігаються, і відбувається відключення захищеного ділянки.

Основні причини виникнення струму витоку:

1. Дотик до частин апаратури, яка знаходиться під напругою людини або тварин.
2. Пробої в ізоляції лінії проводки або апаратури.

У деяких випадках автоматика (діфаппарат) спрацьовує при відсутності навантаження (підключених споживачів електроенергії). Основна причина – несправність апарату або витік струму в самій розподільній коробці. Однак якщо апарат справний, то в цьому випадку необхідно повне відключення всіх автоматів після діфаппарата, і перевіряються всі елементи ланцюга на предмет пробою на корпус.Для вибору діфзащіти необхідно врахувати приміщення і особливості електричних ланцюгів, які підлягають захисту.

Діфзащіта – оптимальний вибір для квартир з проводкою без заземлення. Для забезпечення найбільшої ефективності необхідно ставити 3-рівневу захист (кілька пристроїв на 10, 30 і100-300мА).

Для забезпечення техніки безпеки її необхідно перевіряти натисканням кнопки «Тест» не рідше 2 разів на місяць, бажано це робити регулярно.

Дифавтомати – більш якісний захист, яка виконує функції ПЗВ і вимикача. Якщо в житловому приміщенні є генератор, який набув широкого поширення, то для нього також можна застосувати цей вид захисту. Схема включає в себе струмове реле, яке підключається до трансформатора струму. Реле необхідно встановити на статорі між нульовими точками, включеними зіркою. При нормальній роботі захист не спрацьовує, але при виникненні межвиткового замикання з'являється різниця магнітних потоків токового реле і захист спрацьовує.

Діфзащіту можна також застосовувати і для захисту від багатофазних КЗ. Для цього необхідно придбати спеціальний діфаппарат для багатофазної захисту.

Підвищення ефективності діфзащіти

Незважаючи на величезний ряд переваг перед іншими видами захистів, діфзащіта вимагає підвищення ефективності її спрацьовування в аварійній ситуації при експлуатації генераторів. Для цього необхідно дотримуватися таких правил:

1. Включення додаткових резисторів до вимірювальних струмовим реле.
2. Мінімізація апериодических величин і настройка отсечек для перехідних струмів небалансу.
3. Застосування реле із затримкою часу спрацьовування.

Таким чином, діфзащіта широко застосовується для забезпечення стабільної роботи електроустаткування і ЛЕП, захисту від пожеж і загорянь, непередбачених фінансових витрат, а також для збереження життя і здоров'я людини.