Особенности дифференциальной защиты силового оборудования

Дифференциальная токовая защита является одним из типов релейной защиты, которая характеризуется высокой эффективностью, а также имеет сравнительно неплохие показатели скорости срабатывания. Применяется она как для силового оборудования (двигателей, трансформаторов, генераторов и секций шин), так и в последнее время чаще стала широко использоваться для защиты бытовых объектов от фазных замыканий. Это стало возможно, за счёт специальных компактных устройств похожих по конструкции на обычный автоматический выключатель.

Однако некоторое силовое оборудование просто обязано, согласно правилам электроснабжения, быть оборудовано быстродействующей дифференциальной релейной защитой. Среди разновидностей ДФЗ различают два основных её типа:

1. продольная;
2. поперечная.

Для того чтобы понять нужна ли дифференциально фазная защита для конкретного электрооборудования и как её выполнить, нужно понять принцип её работы, а также разобраться в нюансах по установке.

Принцип действия дифференциальной защиты

Действие данной защиты базируется на сравнивании токов, которые приходят в участок нуждающийся в защите, и выходят из него. Для такого сравнения величины силы тока применяются трансформаторы тока, так как только за счёт них есть возможность измерять большие его величины. Лучше всего это видно на примере простейшей схемы, приведённой ниже.

В схеме трансформаторы тока обозначены ТА1 и ТА2. Вторичные цепи их соединяются с реле тока КА. Таким образом, получается, что обмотка главного реле защиты получает разницу токовых значений от двух трансформаторов, и при нормальном рабочем процессе она будет равна нулевому значению, а значит реле КА останется не втянутым. Однако если в цепи, которая защищается, происходит межфазное короткое замыкание (к. з.), то на обмотку реле поступит уже значение равное сумме нескольких токов, это и приведёт в движение подвижную часть электромеханического реле, которая, в свою очередь, замкнёт контакты и подаст сигнал на отключение оборудования от источника электрической энергии. Однако это всё в теории, а в практике всегда через катушку реле будет протекать некий небольшой ток небаланса, который при расчёте катушки необходимо учесть.

Вот несколько причин возникновения этого отрицательного явления:

• ТТ (трансформаторы тока) могут иметь характеристики значительно отличающие их друг от друга. Чтобы снизить эти показатели применяются более точные трансформаторы, изготовленные попарно специально для этого вида защиты;
• За счёт тока намагничивания, возникающего в обмотке защищаемого трансформатора в момент его включения из режима холостого хода, в рабочий режим с наличием нагрузки. Для того чтоб избежать ложного срабатывания реле КА нужно подобрать ток срабатывания реле побольше чем, самое большое значение тока намагничивания, которые может произвести защищаемый объект, в данном случае трансформатор;
• За счёт различного соединения обмоток (звезда-треугольник и наоборот). Для этого нужно выбрать число витков трансформаторов тока, участвующих в дифзащите, таким образом, чтобы они компенсировали эти неблагоприятные величины.

Ток небаланса в дифференциальной защите, возникающий при эксплуатации — это отрицательное явление, с которым нужно бороться и которое нужно обязательно учесть при расчёте данного защитного электрооборудования.

Дифференциальная защита шин

ДЗШ является быстродействующей защитой с абсолютной селективностью, которая охватывает все элементы РУ, присоединенные к секции шин, и действует без замедления при всех видах коротких замыканий (КЗ) на отключение выключателей этих элементов с пуском их УРОВ и запретом их АПВ при неуспешном АПВ шин. По своему принципу действия ДЗШ не срабатывает ложно при внешних КЗ и качаниях.

Современные ДЗШ предусматриваются с дополнительным торможением для отстройки от токов небаланса установившегося и переходного режимов при длительном внешнем КЗ с большой апериодической составляющей.

ДЗШ подключается к отдельным вторичным обмоткам трансформаторов тока (ТТ) таким образом, что бы ее зона действия максимально перекрывалась с зонами действия защит присоединений:

• защиты присоединений подключаются к вторичным обмоткам ТТ, расположенными максимально близко к шинам;
• ДЗШ подключается к вторичным обмоткам ТТ, расположенными максимально удаленно от шин в сторону присоединений.

В ДЗШ предусмотрен контроль исправности токовых цепей с действием на сигнализацию и автоматическую блокировку защиты при неисправности. Предусматривается возможность:

• оперативной деблокировки защиты;
• оперативного вывода блокировки защиты при неисправности токовых цепей.

В современных терминалах ДЗШ предусматривается программное выравнивание токов плеч и установка промежуточных ТТ не требуется.

ДЗШ имеет в своем составе:

• пусковой токовый орган;
• чувствительный токовый орган (ЧТО).

Пусковой орган имеет большую (относительно ЧТО) по величине уставку тока срабатывания и предназначен для отключения секции шин при КЗ на шинах.

ЧТО нормально из работы выведен и вводится в работу в следующих режимах:

• при оперативное опробовании секции шин напряжением от одного из присоединений в случае неуспешного АПВ шин – вводится оперативно;
• при автоопробовании секции шин напряжением действием АПВ шин – вводится автоматически;
• в случае отказа выключателя одного из присоединений при действии ДЗШ — вводится автоматически на время, достаточное для нормального срабатывания УРОВ.

В этих режимах к месту КЗ на шинах протекает ток только одного присоединения, и его величина может быть недостаточна для срабатывания пускового органа, а в случае отказа выключателя одного из присоединений – для удерживания пускового органа в сработанном положении для действия УРОВ.

После работы ДЗШ может применятся АПВ шин.

Дифференциальная защита шин (ДЗШ)

Особенности применения и срабатывания разных защит трансформатора

Шины и шинные сборки являются ключевым надёжным токоведущим элементом электроустановки, соединяющим источник напряжения с распределительным устройством или же самим действующим агрегатом. Он отличается высокой нагрузочной способностью и возможностью визуального контроля за состоянием изоляторов. При этом многие знают что нужно выполнять схемы, защищающие электрооборудование, а шины при этом очень часто остаются не защищёнными.

Основные виды повреждений шин:

1. Неправильные или ошибочные манипуляции обслуживающего персонала с переключениями шинных разъединителей;
2. Фазное перекрытие или же короткое замыкание на землю из-за ухудшения изоляции посредством загрязнения изоляторов;
3. Пробой при атмосферных агрессивных явлениях (гроза, молния);
4. Неполадки изоляторов разъединителей с обеих сторон.

Для защиты шин используется в основном дифференциальная токовая защита. Принцип её действия аналогичен, и основан на сопоставлении токов в присоединениях защищаемых шин. Когда шины находятся в нормальном рабочем состоянии в катушке реле дифференциальной защиты протекает только лишь ток небаланса, который не приводит в действие подвижный механизм реле. Во время фазного замыкания о реле защиты получит ток, величина которого будет равна сумме всех токов, питающих присоединение, где произошел пробой.

Основные преимущества такой защиты это:

1. Высокая скорость срабатывания;
2. Отличная селективность;
3. Сравнительно несложная реализация.

Недостаток здесь один — это ложное срабатывание, возможное чаще всего, при обрыве монтажных (соединительных) проводов, который может возникнуть вследствие различных причин как электрических, так и механических. Для того чтобы максимально уменьшить вероятность ложного срабатывания необходимо ток срабатывания ДЗШ подбирать немного больше, чем рабочий ток самого мощного присоединения. Зона действия данной защиты ограничивается непосредственно промежутком где установлены ТТ, её срабатывание направлено на отключение от напряжения всех питающих присоединений. Для ручного контроля за током небаланса, на панели управления, устанавливается миллиамперметр и обслуживающий персонал обязан проверять его, нажав на соответствующую кнопку. Это действие персонал обязан производить один раз в смену, с записью в оперативный журнал.

Дифференциальная защита ошиновки выводится с работы в следующих случаях:

1. Появление звукового или светового сигнала о неисправности токовых цепей или увеличение тока небаланса;
2. Если произошло новое подключение, токовые цепи которого не присоединены к системе защиты, а также не были правильно сфазированы;
3. При плановой проверке данной защиты.

Дифференциальная защита шин — краткое описание и принцип работы

Для того чтобы снизить негативные последствия влияния КЗ на потребителей тока необходимо обеспечить выключение участка, где произошло КЗ, за минимально возможное время. Для защиты шин обычно применяется дифференциальная защита, принцип работы которой основан на сравнении фаз и величин токов в присоединениях шин. В цепи защиты при нормальном режиме работы системы шин протекает только ток небаланса. В случае возникновения КЗ по цепи ДЗШ начинает протекать ток КЗ, при этом защита срабатывает на выключение реле шин, питающих КЗ.
ДЗШ позволяет также снизить негативный эффект при:

• утрате устойчивости системы;
• разладе и повреждении оборудования;
• существенном уменьшении напряжения на шинах.

Если в защищаемых объектах отсутствует КЗ, то дифференциальный ток в идеальных условиях должен быть равен нулю. В реальных условиях протекает ток небаланса, который может быть вызван разными коэффициентами трансформации ТТ, устройствами защиты и др. факторами. При возникновении КЗ ток в цепи ДЗШ увеличивается, в результате чего отключаются присоединения, питающие КЗ.

Главные достоинства такой системы защиты — это большая скорость срабатывания и селективность отключения. Кроме того, ДЗШ проста в реализации и срабатывают при любых видах КЗ. Среди недостатков дифференциальной защиты находится возможность срабатывания, если происходит обрыв соединительных проводов. Чтобы избежать ложного срабатывания, ток срабатывания устанавливается немного превышающим рабочий ток наиболее мощного присоединения.

Чаще всего ДЗШ используется для обеспечения безопасности на подстанциях с двойной системой шин, которые у нас наиболее распространены, причём используется одна ДЗШ для обоих систем, также как и в одиночной системе шин.

В ДЗШ входят следующие исполняющие элементы:

• избирательные органы;
• чувствительный орган;
• пусковые органы;
• контролирующий напряжение на шинах орган.

Дифференциальная защита является основной для шин. Для повышения надёжности защиты используются следующие методы:

Источник

Продольная дифференциальная защита генератора

Особенности монтажа электрического оборудования

Для защиты различных генераторов от многофазных к. з. продольная дифференциальная защита получила наиболее широкое использование. Она подключается так же как и предыдущая к ТТ, только вот устанавливаются они со стороны нулевой точки генератора, а также со стороны выводов. Зона её действия это:

• обмотки электрической машины;
• вывода статора;
• шины или кабеля, которые проложены до распределительного устройства.

Ток срабатывания такой защиты устанавливается по условию настройки тока небаланса, проходящего в реле дифференциальной защиты при внешних к. з. Приведена схема защиты генератора повышенной чувствительности, с применением самых надёжных для этого случая реле РНТ.

Ток срабатывания такой схемы выставляется по двум условиям:

1. Настройка реально существующего тока небаланса;
2. Настройка тока, который будет проходить при обрыве монтажных проводов.

Поперечная дифференциальная защита генератора

Особенности применения и использования аппарата УЗО

Данная защита выполняется чтобы защитить от виковых замыканий, которые могут возникнуть непосредственно в обмотке статора, и, конечно же, если есть параллельные ветви статорных обмоток. Это возможно, за счёт сравнения величин токов этих ветвей по каждой из фаз. Поперечная дифзащита выполняется таким образом, чтобы для каждой из фаз она была организована отделено, то есть будет реагировать на межвитковые замыкания только в одной из фаз.

Ток, при котором, катушка поперечной дифзащиты втянется, отстраивается по максимальному току небаланса, который может протекать в реле при различных внешних коротких замыканиях, и принимается равным:

Рекомендовано при наладке системы дифзащиты производить более точный подсчет уставки с учетом абсолютно всех реально протекающих токов небаланса, а не расчётных. Как показывает навыки в процессе эксплуатации, на турбогенераторах они сравнительно невелики, и ток их срабатывания не требует дополнительных регулировок и подстроек. На гидрогенераторах, наоборот, величины этих нежелательных токов велики, потому приходится существенно загрублять настройки реле этой поперечной защиты, что иногда понижает ее сверхэффективность.

В итоге хотелось бы отметить, что расчётом и настройкой этих защит должны заниматься только профессионалы, имеющие опыт работы в данной сфере, чаще всего это инженеры электротехнических проектно-конструкторских бюро. Дифференциально фазная защита в быту тоже очень эффективна и выполнить её на основе компактных устройств, продающихся в специализированных магазинах, сможет даже начинающий электромонтёр, сложностей по подключению там возникнуть не должно. Главное, соблюдать элементарные правила электробезопасности.