Назначение: защита электрических объектов от токов аварий, возникающих внутри контролируемой зоны с абсолютной степенью селективности без выдержки времени.
Принцип работы дифференциальной зашиты
Измерительным комплексом работает дифференциальный орган, состоящий из трансформаторов тока и реле, постоянно отслеживающих направление токов на различных участках и срабатывающих при их изменениях.
В номинальном, рабочем режиме ток нагрузки протекает от генераторонго конца к потребителям и по всей линии имеет одно направление. Его отслеживают и учитывают измерительные реле. Если на контролируемом участке возникает короткое замыкание, то токи начинают его подпитывать со всех сторон. На конце линии потребителя ток меняет направление на противоположное.
Это учитывается дифференциальным органом: он срабатывает и запускает логическую схему защит на отключение. Диф защиты работают по двум различным принципам:
Она используется для линий электропередач. Измерительные трансформаторы тока и реле устанавливаются по концам линии на разных подстанциях. Токовые цепи соединяются протяженными кабельными линиями.
У продольной диф защиты измерительное токовое реле подключают так, чтобы вектора токов, приходящие от измерительных трансформаторов, подавались на обмотку встречно. В этом случае при номинальном рабочем режиме или возникновении внешнего КЗ вне контролируемой зоны вектора токов будут взаимно компенсироваться и уничтожаться на обмотке. Поводов для срабатывания не будет.
При возникновении КЗ внутри линии через обмотку токового реле начинают протекать токи. Оно срабатывает.
Более перспективные высокочастотные дифференциальные защиты (ДФЗ, БЧБ и др.) используют этот же принцип, но связь между концами линий для сравнения направлений токов на них осуществляется по каналам связи за счет передачи высокочастотных импульсов.
Ее создают для объектов, расположенных на одной подстанции, например, силовых трансформаторов, блоков двигателей, генераторов и др.
Измерительные трансформаторы тока работают на одной подстанции, но на разных присоединениях защищаемого объекта. Обмотка токового реле также подключается встречно к направлению векторов токов линий. В остальном поперечная дифференциальная защита повторяет принцип работы продольной.
Подробнее различные виды дифференциальных защит рассмотрены тут:
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Источник
Поперечная дифференциальная защита
Продольная диф. защита генератора не действует при витковых замыканиях в обмотке статора, так как токи, проходящие со стороны главных и нулевых выводов в этом случае одинаковы.
Защиту от витковых замыканий на генераторах, не имеющих параллельных ветвей в обмотке статора вследствие отсутствия простых способов её исполнения, не предусматривают.
На мощных генераторах, имеющих две и более параллельных ветви в фазах обмотки статора, применяют специальную поперечную дифференциальную защиту, предназначенную для защиты генератора от витковых замыканий в обмотке статора. При этом со стороны нулевых выводов каждая параллельная ветвь должна иметь изолированный вывод.
Принцип действия поперечной диф. защиты основан на сравнении геометрической суммы токов в параллельных ветвях фаз обмотки статора генератора.
Такое сравнение можно осуществлять с помощью трёхсистемной или односистемной схемы поперечной защиты. Обычно применяется односистемная схема, которая выполняется при помощи одного трансформатора тока устанавливаемого в цепь между двумя нулевыми точками соединённых в звезду параллельных ветвей обмотки статора и одного реле сравнивающего сумму токов параллельных ветвей всех трёх фаз обмотки статора генератора.
Упрощённая схема односистемной поперечной дифференциальной защиты генератора представлена на рис. 7-5.
В нормальном режиме и при внешнем к.з. геометрическая сумма токов каждой группы параллельных ветвей фаз, соединённых в звезду, равна нулю и в реле защиты попадает только ток небаланса.
Продольная дифференциальная защита линий и ее особенности
Особенности продольной дифференциальной защиты линий обусловлены значительным расстоянием между концами защищаемой зоны. При этом между подстанциями А
и
Б
(рис. 10.5, а) прокладываются вспомогательные провода, необходимые для соединения трансформаторов тока
TAI
и
ТАII,
расположенных на концах защищаемой линии. В схему защиты включаются два комплекта реле
KAI
и
КАII
по одному на каждом конце линии, необходимые для отключения выключателей с обеих сторон. Выполнение указанных требований усложняет защиту, увеличивая затраты на ее осуществление, и отрицательно влияет на чувствительность и надежность.
Рис. 10.5. Продольная дифференциальная защита линии
Особенности защиты, обусловленные вспомогательными проводами. В схеме защиты с циркулирующими токами по вспомогательным проводам непрерывно проходят вторичные токи измерительных трансформаторов тока. Значения токов и сопротивления Z
пp соединительных проводов определяют мощность, отдаваемую трансформаторами тока. При номинальном вторичном токе
I
2ном = 5 А допускаемая нагрузка трансформаторов тока ограничивает сопротивление соединительных проводов
Z
пp>1÷2 0м. Поэтому продольную дифференциальную защиту при допустимом сечении проводов можно использовать на линии длиной лишь в несколько сотен метров.
При больших длинах линий снижение нагрузки на первичные измерительные трансформаторы тока достигается уменьшением тока во вспомогательных проводах вторичными (промежуточными) трансформаторами тока TLAI
и
TLAII
(рис. 10.5, б) с коэффициентом трансформации
KI >
1. Указанный способ снижения нагрузки используется в типовых схемах продольных дифференциальных защит линий. Кроме того, в схемы защит включают промежуточные насыщающиеся трансформаторы
TLATI
и
TLATII,
обеспечивающие уменьшение нагрузки на измерительные трансформаторы при токах к.з. за счет увеличения коэффициента трансформации при насыщении. В схеме применяют дифференциальные реле постоянного тока
KAI
и
KA1I
с торможением выпрямленным током. При больших кратностях токов за счет насыщения магнитопроводов трансформаторов
TLAT
защита практически сравнивает только фазы токов
İ
1Iи
İ
1II (работает как дифференциально-фазная).
В качестве вспомогательных проводов желательно использовать существующие кабели телемеханики и связи. При этом исключается необходимость в прокладке специального кабеля для защиты, благодаря чему резко снижаются затраты на ее осуществление. В кабеле связи, если он проходит вдоль трассы защищаемой линии, при замыкании на землю в сети возникают ЭДС, которые могут представлять опасность для обслуживающего персонала и аппаратуры релейной защиты и автоматики. Эта опасность исключается благодаря применению трансформаторов TLA,
отделяющих цепи реле от вспомогательных проводов.
Для осуществления защиты, действующей при всех видах коротких замыканий в зависимости от соотношений полных токов фаз на концах защищаемой линии, необходимо иметь шесть дифференциальных реле и не менее четырех вспомогательных проводов. При увеличении длины вспомогательных проводов повышается вероятность их повреждения, что приводит к отказу или неправильному действию защиты. Для уменьшения числа вспомогательных проводов и дифференциальных реле в схеме защиты используются комбинированные фильтры симметричных составляющих токов AZI
и
AZII,
на выходе которых токи пропорциональны
İ
1+
k
2
İ
2. Несколько худшие показатели защита имеет при фильтре
İ
1+
k
0
İ
0
,
особенно пониженную чувствительность к двухфазным коротким замыканиям.
Применение комбинированных фильтров позволяет сократить число дифференциальных реле и число вспомогательных проводов до двух и тем самым снизить вероятность нарушения связи между трансформаторами тока. Для предотвращения ложных срабатываний и отказов при повреждении вспомогательных проводов защита снабжается специальными устройствами контроля их исправности.
Особенности защиты, обусловленные двумя комплектами дифференциальных реле. Вторичные токи I
2Iи
I
2II распределяются между параллельно включенными обмотками реле
KAI
и
КАII
(рис. 10.5, а). При этом для тока
I
2I сопротивление вспомогательных проводов
Z
нp включается последовательно с сопротивлением реле
KAII,
а для тока
I
2II — последовательно с сопротивлением реле
KAI.
В связи с этим в обмотке первого реле проходит большая часть тока
I
2I и меньшая часть тока
I
2I , а в обмотке второго реле — наоборот, т.e. проходит меньшая часть тока
I
2I и большая часть тока
I
2II .
Таким образом, даже при отсутствии погрешностей трансформаторов тока в реле при нормальной работе и внешних коротких замыканиях проходят токи небаланса, обусловленные неодинаковым распределением вторичных токов между обмотками реле. С увеличением сопротивления вспомогательных проводов токи небаланса возрастают, что требует соответствующего загрубления защиты.
При коротких замыканиях в зоне ток в каждом реле составляет только часть полного тока повреждения, так как вторая его часть проходит по обмотке второго реле. В связи с этим чувствительность защиты понижается. Для повышения надежности и чувствительности защиты используют дифференциальные реле тока с торможением. Токи небаланса можно снизить с помощью добавочного сопротивления, компенсирующего влияние линии связи. Однако такая компенсация не обеспечивает селективности защиты при значительной длине вспомогательных проводов.
Продольная дифференциальная защита линий типа ДЗЛ-2. В схеме защиты ДЗЛ-2 использован комбинированный фильтр, ток на выходе которого пропорционален İ
1—
k
2
İ
2. В качестве дифференциального реле применено поляризованное реле типа РП7 с двумя отмотками — рабочей и тормозной. Рабочая обмотка подключается к выпрямителю
VS
1
,
на вход которого подается напряжение, пропорциональное напряжению на вспомогательных проводах (рис. 10.5, б), а тормозная обмотка подключается к выпрямителю
VS2,
включенному на ток, пропорциональный току, циркулирующему по вспомогательным проводам. При токах
I
н < 2,5
I
с.з защита сравнивает абсолютные значения и фазы токов
İ
1Iи
İ
1II, а при больших кратностях тока к.з. за счет насыщения
TLAT
сравниваются, как указывалось, только фазы токов. Защита имеет быстродействующий автоматический контроль, выводящий ее из действия при повреждении вспомогательных проводов, а также автоматический и периодический контроль сопротивления изоляции вспомогательных проводов относительно земли. Защита типа ДЗЛ-2 предназначена для использования в качестве основной при всех видах короткого замыкания линия электропередачи протяженностью до 20 км (без ответвлений) в сетях с глухозаземленными нейтралями. Для использования защиты в сетях с изолированными или заземленными через дугогасящие реакторы нейтралями производят соответствующие переключения цепей фильтра тока, обеспечивающие повышение чувствительности защиты и преимущественное отключение одной поврежденной линии при двойных замыканиях на землю [51].
Оценка продольной дифференциальной защиты линий. Продольная дифференциальная защита не требует отстройки по току и времени от защит смежных участков, не реагирует на качения, обеспечивает селективное и без выдержки времени отключение поврежденного участка в сети любой конфигурации. Для участков небольшой длины защита получается сравнительно простой, достаточно надежной и удовлетворяющей требованиям чувствительности.
С увеличением длины защищаемой зоны защита приобретает отрицательные свойства, которые обусловлены влиянием на ее работу большой длины вспомогательных проводов: резко возрастает стоимость защиты в связи с большими затратами на соединительный кабель и его прокладку; увеличивается возможность повреждения вспомогательных проводов и, как следствие, неправильная работа или отказ защиты. Поэтому возникает необходимость в специальном устройстве, контролирующем исправность вспомогательных проводов. Кроме того, появляется дополнительный ток небаланса, обусловленный неравным распределением вторичных токов между двумя реле, включенными на концах защищаемой линии;
для повышения чувствительности защиты приходится использовать дифференциальные реле с торможением. Все это приводит к усложнению защиты.
Продольная дифференциальная защита по принципу действия не реагирует на внешние короткие замыкания, поэтому не может осуществлять резервирования при повреждении на смежных элементах. В связи с этим установка дифференциальной защиты в качестве единственной недопустима. Отмеченные недостатки ограничивают применение продольной дифференциальной защиты на линиях электропередачи. В распределительных сетях требуемая чувствительность, селективность и быстрота действия часто обеспечиваются более простыми токовыми и токовыми направленными защитами в сочетании со средствами автоматики.
Особенности продольной дифференциальной защиты линий обусловлены значительным расстоянием между концами защищаемой зоны. При этом между подстанциями А
и
Б
(рис. 10.5, а) прокладываются вспомогательные провода, необходимые для соединения трансформаторов тока
TAI
и
ТАII,
расположенных на концах защищаемой линии. В схему защиты включаются два комплекта реле
KAI
и
КАII
по одному на каждом конце линии, необходимые для отключения выключателей с обеих сторон. Выполнение указанных требований усложняет защиту, увеличивая затраты на ее осуществление, и отрицательно влияет на чувствительность и надежность.
Рис. 10.5. Продольная дифференциальная защита линии
Особенности защиты, обусловленные вспомогательными проводами. В схеме защиты с циркулирующими токами по вспомогательным проводам непрерывно проходят вторичные токи измерительных трансформаторов тока. Значения токов и сопротивления Z
пp соединительных проводов определяют мощность, отдаваемую трансформаторами тока. При номинальном вторичном токе
I
2ном = 5 А допускаемая нагрузка трансформаторов тока ограничивает сопротивление соединительных проводов
Z
пp>1÷2 0м. Поэтому продольную дифференциальную защиту при допустимом сечении проводов можно использовать на линии длиной лишь в несколько сотен метров.
При больших длинах линий снижение нагрузки на первичные измерительные трансформаторы тока достигается уменьшением тока во вспомогательных проводах вторичными (промежуточными) трансформаторами тока TLAI
и
TLAII
(рис. 10.5, б) с коэффициентом трансформации
KI >
1. Указанный способ снижения нагрузки используется в типовых схемах продольных дифференциальных защит линий. Кроме того, в схемы защит включают промежуточные насыщающиеся трансформаторы
TLATI
и
TLATII,
обеспечивающие уменьшение нагрузки на измерительные трансформаторы при токах к.з. за счет увеличения коэффициента трансформации при насыщении. В схеме применяют дифференциальные реле постоянного тока
KAI
и
KA1I
с торможением выпрямленным током. При больших кратностях токов за счет насыщения магнитопроводов трансформаторов
TLAT
защита практически сравнивает только фазы токов
İ
1Iи
İ
1II (работает как дифференциально-фазная).
В качестве вспомогательных проводов желательно использовать существующие кабели телемеханики и связи. При этом исключается необходимость в прокладке специального кабеля для защиты, благодаря чему резко снижаются затраты на ее осуществление. В кабеле связи, если он проходит вдоль трассы защищаемой линии, при замыкании на землю в сети возникают ЭДС, которые могут представлять опасность для обслуживающего персонала и аппаратуры релейной защиты и автоматики. Эта опасность исключается благодаря применению трансформаторов TLA,
отделяющих цепи реле от вспомогательных проводов.
Для осуществления защиты, действующей при всех видах коротких замыканий в зависимости от соотношений полных токов фаз на концах защищаемой линии, необходимо иметь шесть дифференциальных реле и не менее четырех вспомогательных проводов. При увеличении длины вспомогательных проводов повышается вероятность их повреждения, что приводит к отказу или неправильному действию защиты. Для уменьшения числа вспомогательных проводов и дифференциальных реле в схеме защиты используются комбинированные фильтры симметричных составляющих токов AZI
и
AZII,
на выходе которых токи пропорциональны
İ
1+
k
2
İ
2. Несколько худшие показатели защита имеет при фильтре
İ
1+
k
0
İ
0
,
особенно пониженную чувствительность к двухфазным коротким замыканиям.
Применение комбинированных фильтров позволяет сократить число дифференциальных реле и число вспомогательных проводов до двух и тем самым снизить вероятность нарушения связи между трансформаторами тока. Для предотвращения ложных срабатываний и отказов при повреждении вспомогательных проводов защита снабжается специальными устройствами контроля их исправности.
Особенности защиты, обусловленные двумя комплектами дифференциальных реле. Вторичные токи I
2Iи
I
2II распределяются между параллельно включенными обмотками реле
KAI
и
КАII
(рис. 10.5, а). При этом для тока
I
2I сопротивление вспомогательных проводов
Z
нp включается последовательно с сопротивлением реле
KAII,
а для тока
I
2II — последовательно с сопротивлением реле
KAI.
В связи с этим в обмотке первого реле проходит большая часть тока
I
2I и меньшая часть тока
I
2I , а в обмотке второго реле — наоборот, т.e. проходит меньшая часть тока
I
2I и большая часть тока
I
2II .
Таким образом, даже при отсутствии погрешностей трансформаторов тока в реле при нормальной работе и внешних коротких замыканиях проходят токи небаланса, обусловленные неодинаковым распределением вторичных токов между обмотками реле. С увеличением сопротивления вспомогательных проводов токи небаланса возрастают, что требует соответствующего загрубления защиты.
При коротких замыканиях в зоне ток в каждом реле составляет только часть полного тока повреждения, так как вторая его часть проходит по обмотке второго реле. В связи с этим чувствительность защиты понижается. Для повышения надежности и чувствительности защиты используют дифференциальные реле тока с торможением. Токи небаланса можно снизить с помощью добавочного сопротивления, компенсирующего влияние линии связи. Однако такая компенсация не обеспечивает селективности защиты при значительной длине вспомогательных проводов.
Продольная дифференциальная защита линий типа ДЗЛ-2. В схеме защиты ДЗЛ-2 использован комбинированный фильтр, ток на выходе которого пропорционален İ
1—
k
2
İ
2. В качестве дифференциального реле применено поляризованное реле типа РП7 с двумя отмотками — рабочей и тормозной. Рабочая обмотка подключается к выпрямителю
VS
1
,
на вход которого подается напряжение, пропорциональное напряжению на вспомогательных проводах (рис. 10.5, б), а тормозная обмотка подключается к выпрямителю
VS2,
включенному на ток, пропорциональный току, циркулирующему по вспомогательным проводам. При токах
I
н < 2,5
I
с.з защита сравнивает абсолютные значения и фазы токов
İ
1Iи
İ
1II, а при больших кратностях тока к.з. за счет насыщения
TLAT
сравниваются, как указывалось, только фазы токов. Защита имеет быстродействующий автоматический контроль, выводящий ее из действия при повреждении вспомогательных проводов, а также автоматический и периодический контроль сопротивления изоляции вспомогательных проводов относительно земли. Защита типа ДЗЛ-2 предназначена для использования в качестве основной при всех видах короткого замыкания линия электропередачи протяженностью до 20 км (без ответвлений) в сетях с глухозаземленными нейтралями. Для использования защиты в сетях с изолированными или заземленными через дугогасящие реакторы нейтралями производят соответствующие переключения цепей фильтра тока, обеспечивающие повышение чувствительности защиты и преимущественное отключение одной поврежденной линии при двойных замыканиях на землю [51].
Оценка продольной дифференциальной защиты линий. Продольная дифференциальная защита не требует отстройки по току и времени от защит смежных участков, не реагирует на качения, обеспечивает селективное и без выдержки времени отключение поврежденного участка в сети любой конфигурации. Для участков небольшой длины защита получается сравнительно простой, достаточно надежной и удовлетворяющей требованиям чувствительности.
С увеличением длины защищаемой зоны защита приобретает отрицательные свойства, которые обусловлены влиянием на ее работу большой длины вспомогательных проводов: резко возрастает стоимость защиты в связи с большими затратами на соединительный кабель и его прокладку; увеличивается возможность повреждения вспомогательных проводов и, как следствие, неправильная работа или отказ защиты. Поэтому возникает необходимость в специальном устройстве, контролирующем исправность вспомогательных проводов. Кроме того, появляется дополнительный ток небаланса, обусловленный неравным распределением вторичных токов между двумя реле, включенными на концах защищаемой линии;
для повышения чувствительности защиты приходится использовать дифференциальные реле с торможением. Все это приводит к усложнению защиты.
Продольная дифференциальная защита по принципу действия не реагирует на внешние короткие замыкания, поэтому не может осуществлять резервирования при повреждении на смежных элементах. В связи с этим установка дифференциальной защиты в качестве единственной недопустима. Отмеченные недостатки ограничивают применение продольной дифференциальной защиты на линиях электропередачи. В распределительных сетях требуемая чувствительность, селективность и быстрота действия часто обеспечиваются более простыми токовыми и токовыми направленными защитами в сочетании со средствами автоматики.
8.1. Назначение и виды дифференциальных защит
На линиях отходящих от шин электростанций или узловых подстанций, часто по условиям устойчивости требуется обеспечить отключение КЗ в пределах всей защищаемой линии без выдержки времени. Это требование нельзя выполнить с помощью мгновенных токовых отсечек, защищающих только часть линии. Кроме того, отсечки неприменимы по условию селективности, на коротких ЛЭП, где токи КЗ в начале и в конце линии примерно одинаковы. В этих случаях используются дифференциальные защиты (ДЗ), обеспечивающие мгновенное отключение КЗ в любой точке защищаемого участка и не действующие при КЗ за пределами зоны действия.
Дифференциальные защиты подразделяются на:
продольные – для защит как одинарных, так и параллельных линий;
поперечные – для защиты только параллельных линий.
Типовые продольные ДЗЛ[править]
На электромеханической базе с проводным каналом связи: ДЗЛ-1, ДЗЛ-2. На микропроцессорной базе с оптическим каналом связи: — отечественного производства ШЭ2607 09х, ШЭ2710 591 (НПП ЭКРА), Ш2600 05.52х, Ш2700 05.62Х (Релематика); — зарубежного производства UR L90 (General Electric), P541-546 (Alstom), RED 670 (ABB), 7SD522 (Siemens).
Поперечная дифференциальная защиты линий
(поперечная ДЗЛ) подключается на разность токов параллельных линий. При внешнем КЗ по параллельным ЛЭП протекают одинаковые по величине и направлению токи, в связи с чем дифференциальный ток в защите равен нулю. При КЗ на одной из линий дифференциальный ток приобретает значительную величину, достаточную для срабатывания защиты. Для определения отключаемой цепи в защите используется орган направления мощности. Поперечная дифференциальная защиты линий применяется для защиты параллельных линий с одинаковыми или незначительно различающимися параметрами. Защита получила не очень широкое распространение, вновь, как правило, не устанавливается.
Материалы
.
Федосеев А.М., Федосеев М.А. Релейная защита электроэнергетических систем. Учеб. для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп.. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 528 с.: ил.
Конструкции реле защиты и область применения схем
В электролиниях очень большой протяженности используется схема, в которой находится защитное реле, имеющие особую конструкцию. С его помощью можно обеспечить нормальный уровень чувствительности, а соединительные провода применить стандартные. Поперечная дифзащита срабатывает при помощи сравнения тока в двух линиях по фазам и величинам.
Дифзащита быстродействующая применяется в линиях электропередач, в которых протекает напряжение в диапазоне 3-35 тыс. вольт. При этом обеспечивается надежная защита от межфазного КЗ. Дифзащита выполняется как двухфазная по причине того, что электросеть с вышеупомянутыми рабочими напряжениями не заземлена нейтралями. Либо же нейтраль соединена с заземлением посредством дугогасящей катушки.
Дифференциальные автоматы
К тому же типу защитных устройств относятся бытовые дифференциальные автоматы, которые совмещают в себе функции автоматического выключателя и УЗО. Обычно эти устройства оформляются в одном общем корпусе с совмещёнными рабочими характеристиками (смотрите фото ниже по тексту).
Дифференциальный автомат
По принципу действия все защитные устройства этого класса делятся на электронные и электромеханические, а по своей конструкции они могут быть встроенными в автомат или изготавливаемыми отдельно. Непросвещённому в тонкости электротехники человеку важно научиться различать обычное УЗО от дифференциального автомата, поскольку это, в конечном счёте, может сказаться на его безопасности.
Дело в том, что при включении в питающую цепь электронного УЗО должно выполняться одно обязательное требование, состоящее в необходимости постоянно держать эту линию под напряжением. В том случае, если полноценное питание в ней по какой-либо причине отсутствует, при появлении тока утечки система защиты не сработает.
Обратите внимание! Указанная ситуация нередко возникает в случае обрыва внутренней цепи питания выключателя или повреждения нуля за пределами объекта.
В УЗО электромеханического типа защитное срабатывание устройства гарантировано в любой ситуации.
В заключительной части обзора систем дифференциальной защиты необходимо отметить, что её применение способствует повышению безопасности и надёжности работы электрооборудования и ЛЭП. Широкое внедрение в системы электроснабжения современных электронных технологий позволяет учесть особенности функционирования подавляющего большинства известных электротехнических устройств. Это способствует увеличению скорости срабатывания защиты, а также существенно повышает эффективность её действия.
