Дифференциальная защита: реле, принцип работы, применение, схемы

Дифференциальная защита используется

силовых трансформаторов (о диф защите трансформаторов можно почитать тут);
генераторов;
сборных шин;
кабельных линий;
воздушных линий.

Из-за надежности и быстродействия она является одной из основных для вышеперечисленных устройств.

Интересное видео о работе дифференциальной защиты трансформатора смотрите в видео ниже:

Принцип работы дифференциальной защиты

Основа принципа действия любой дифзащиты – контроль токов в начале и конце защищаемого участка электрической цепи. Для этого используются трансформаторы тока. При их расположении в пределах одного распределительного устройства они подключаются к устройству защиты напрямую с помощью кабелей. Если границы защищаемого участка расположены на большом удалении друг от друга, что характерно для кабельных или воздушных линий, используется два полукомплекта защиты, соединенные между собой вспомогательной кабельной линией.

Если эти токи в начале и конце защищаемого участка равны между собой и направлены в одну сторону, срабатывания не происходит. Так получается при протекании номинальных токов нагрузки или при коротком замыкании вне защищаемой зоны (токов внешнего КЗ).

Но если повреждение произошло в зоне, контролируемой защитой, мощность электрической сети протекает в точку КЗ. При одностороннем питании (для трансформаторов или генераторов) от источника в сторону защищаемого электроаппарата протекает больший ток, чем отдается им потребителю. При двухстороннем (на кабельной или воздушной линии, соединяющей между собой сети с независимыми источниками питания) токи на обоих концах линии сориентированы на точку повреждения.

Создается повод для работы защиты, которая дает команду на отключение объекта одновременно со всех сторон.

В зависимости от особенностей защищаемого объекта для реализации устройств выбираются соответствующие дифференциальные реле. Рассмотрим их особенности.

Подробно о принципе действия диф. защиты смотрите в видео:

Дифференциальное реле (устройство защитного отключения). Что это такое?

________________________________________________________________________________________

Устройство защитного отключения, УЗО, дифференциальное реле, диффавтомат — все это одно и тоже конструктивное устройство.

Дифференциальное реле или УЗО предназначено для обеспечения защиты человека от поражения электрическим током при прямом прикосновении к одной из токоведущих частей (оголенный провод, корпус электрического аппарата попавшего под напряжения и т.д.). и способно защитить от возгораний и пожаров, возникающих на объектах вследствие возможных повреждений изоляции, неисправностей электропроводки и электрооборудования. УЗО (диффреле) определяет возникший в проводке дисбаланс тока вследствие возникновения тока утечки и отключает в течении 10-20 мсек (механическая инерция аппарата) подачу электропитания.

______________________________________________________________________________

По данным ВНИИПО МВД РФ более трети всех пожаров происходит по причине возгорания электропроводки в результате ее неисправности, неправильного подбора сечения провода или возникшим дефектам в изоляции в результате старения провода и как следствие нагрева проводников по всей длине, искрения и т.д. При дефектах изоляции, замыканиях на землю, утечках тока на землю УЗО реагируя на ток утечки, отключает электроустановку от источника питания, предотвращает тем самым недопустимый нагрев проводников, искрение, возникновение дуги и возможное последующее возгорание.

Дифференциальное реле (УЗО) — эффективное средство защиты жизни человека и противопожарной защиты. Устройство защитного отключения, реагирующее на дифференциальный ток, наряду с устройством защиты от сверхтоков, относится к дополнительному виду защиты человека от поражения при прямом или косвенном попадании человека под действие напряжения.

Устройство защитного отключения (УЗО) отслеживает утечку тока из цепи (тело человека выступает в роли проводника) и обеспечивает автоматическое отключение электропитания аварийного участка электроснабжения за время, не превышающее 20мсек (+40…-60%) с момента возникновения утечки.

ыпускаются дифференциальные реле двух типов: АС и А. Тип AC реагирует на утечку переменных (синусоидальных) токов. Но в электрических цепях, питающих оборудование, в составе которого имеются выпрямители или управляемые тиристоры, при пробое изоляции возможна утечка не только переменного, но и постоянного (пульсирующего) тока. УЗО типа АС на это не реагирует. Дифференциальное реле типа А предназначено для таких случаев. В инструкциях по эксплуатации на некоторые бытовые приборы, например, стиральные машины и холодильники, можно встретить указание о необходимости установки именно этого типа реле.

Дифференциальный автомат — название, возникшее в обиходе (дифавтомат) присвоено устройству защитного отключения со встроенной защитой от сверхтоков (токов короткого замыкания и токов перегрузки). Он срабатывает в обоих случаях — как при утечке тока на землю, так и при коротких замыканиях или перегрузке.

Дифференциальное реле проводит сравнительный векторный анализ тока фаза — ноль. Если векторная сумма не равна нулю, подается сигнал на механизм отключения устройства.

Подбор дифференциального реле проводится в первую очередь по току утечки: 10 мА — для влажных бытовых помещений (ванная комната), 30 мА — для помещений, где существует, вероятность попадания человека под напряжение, 100 или 300 мА — используются как противопожарные и устанавливаются на вводе одно на весь дом (здание). Дифференциальное реле всегда должно использоваться с автоматическим выключателем для защиты от короткого замыкания или токов перегрузки. Дифференциальное реле по номинальному току должно быть больше, чем автоматический выключатель на этой линии. Например, если автомат 40 ампер, то УЗО выбирается 63А. Таким образом, номинальный ток УЗО, не означает, что оно отключится при 40А, а значит, что при 60А оно перегорит.

Сколько необходимо установить диффреле? Для обеспечения безопасности от поражения током вполне достаточно одного на всю квартиру. Конечно, лучше, если в случае какой-либо проблемы с электропроводкой или электроприборами отключалась только соответствующая линия, а не обесточивалась вся квартира, поэтому УЗО лучше ставить отдельно по линиям (например, в детскую, на линии розеток, в ванную комнату).

При установке дифреле в квартирах или домах имеющих электропроводку, обязательно возникнет вопрос о частом, если не постоянном срабатывании УЗО. Это означает только одно: проводка давно не соответствует нормативам по изоляции жил. Ну что же, надо теперь менять и проводку. Оценитесь, что для Вас важнее — угроза поражения током, пожар от неисправности электропроводки или провести очередной ремонт? Кстати, если после замены провода и укладке его в стены, УЗО срабатывает — все вопросы не к диффреле, а к строителям. Что заложили за провод и как? Многие электрики даже не упоминают хозяину о существовании такого контролёра, поэтому требуйте установки УЗО — оно не только спасёт от пожаров и поражений электротоком, но и выявит повреждения изоляции на проводах.

В связи свыше изложенным и по Правилам, значение отключающего дифференциального тока можно выбирать в соответствии с видом сети:

— розетки — 30 мА;

— розетки в детской и ванной комнатах — 10 мА;

— осветительную сеть можно не защищать или ставить аппарат с номиналом 30 мА;

— розетки для питания электрооборудования, работающего на земле, — только 10 мА.

— на входе в дом или в квартиру, для предотвращения пожара — 100 или 300мА.

Электротехника

Дифференциальная защита на реле РНТ

Реле состоит из двух элементов, объединенных в один корпус. Это быстронасыщающийся трансформатор, имеющий три стержня с обмотками, и выходное токовое реле, являющееся исполнительным органом.

Реле подключено к выводам вторичной обмотки, расположенной на крайнем стержне трансформатора. Две, а иногда и три первичные обмотки, располагаются на среднем стержне и связаны с трансформаторами тока. Имеются еще и дополнительные короткозамкнутые обмотки, предназначенные для гашения апериодической составляющей.

Настройка реле осуществляется переключением количества витков первичных обмоток, чтобы добиться равенства магнитных потоков в магнитопроводе. Также изменением сопротивлений резисторов в выходной и компенсирующей цепях выставляются требуемое торможение при переходных процессах, а также ток срабатывания выходного реле.

РНТ используется в основном для работы в составе РЗА силовых трансформаторов. В первый момент включения в сеть в их сердечнике возникают мощные намагничивающие токи. Они быстро затухают, но при этом создается прецедент для работы защиты: ведь мощность на намагничивание потребляется от источника и остается в трансформаторе.

Устройство РНТ позволяет отстроиться от намагничивающих токов. При резком броске тока сердечник трансформатора быстро намагничивается и реле перестает реагировать на подобное возмущение.

Но при этом при мощных сквозных реле может ложно сработать из-за токов небаланса. Этого недостатка лишено реле ДЗТ.

Полезное учебное пособие о расчету дифференциальной защиты для трансформаторов можно посмотреть и скачать по ссылке. (размер — 5.5Мб). Автор М.А. Александров — Санкт-Петербург, ПЭИПК.

Дифференциальные реле Д-4В и РДЗ-504

Назначение и технические данные. Дифференциальные реле служат для защиты от токов короткого замыкания силовых цепей тяговых двигателей и вспомогательных машин электровоза в тяговом режиме.

Блокировочные контакты реле, защищающие силовую цепь тяговых двигателей, включены в цепь удерживающей катушки быстродействующего выключателя БВП-5; блокировочные контакты реле, защищающие силовую цепь вспомогательных машин, включены в цепь катушки быстродействующего выключателя БВЭ-< ЦНИИ. На электровозах ВЛЮ до № 1587 постройки ТЭВЗ установлены дифференциальные реле Д-4В, а начиная с № 1587 в силовую цепь тяговых двигателей взамен их устанавливают реле РДЗ-504. Технические данные реле следующие:

д-4в рдз-504

Номинальное напряжение силовой цепи, А 3000 3000

Номинальное напряжение включающей катушки и контактов, В…… 50 50

Магнитодвижущая сила (уставка), А, при номинальном напряжении на катушке с добавочным резистором сопротивлением 300 Ом………. 100 100-ао

Собственное время срабатывания (при скорости нарастанля тока свыше 105 А/с), с, не более……… 0,0065 0,0065

Сопротивление катушки прн температуре 20° С, Ом………6,7-7,5 3,6

Наибольшая длительность включения катушки без добавочного резистора прн напряжении 55 В, с……. 60 40

Номинальный ток контактов, А . . 5 5

Число замыкающих контактов …. 1 1

Провал контактов, мм……2-3 1,5-2

Разрыв контактов, мм…… — 4-5

Рабочий зазор по центру полюса при открытом якоре, мм……10-12 5±0,5

Площадь прилегания якоря к сердечнику магнитопровода, %…… — 80

Катушка должна обеспечивать восстановление реле путем форснровки при токе, А, не более 4,4

Напряжение переменного тока частотой

50 Гц для испытания изоляции катушки относительно блокировки или ближайшего крепежного болта в течение 1 мин, В . 1500 1500 Масса, кг………. 17 6

Конструкция и принцип действия. Дифференциальное реле Д-4В (рис. 128) состоит из шихтованного магнитопровода 8 (скрепленного двумя боковыми кронштейнами), катушки 6, добавочного резистора 7, якоря 5 и блокировочных контактов 4. В верхней части магнитопровода на выступах боковых кронштейнов закреплена изоляционная панель 1. На один из выступающих пакетов магнитопровода надета катушка, па другой установлен якорь с регулировочной пружиной 2 и блокировочным контактом. К середине изоляционной панели прикреплена стойка с ограничительной планкой 3. Между кронштейнами закреплен пакет магнитного шунта из электротехнической стали. К изоляционной панели прикреплены добавочный резистор, блокировочные контакты и выводные зажимы. Кабели начала и конца цепи, защищаемой дифференциальным реле, пропущены через окно магнитопровода.

Реле включается при подаче на катушки напряжения 50 В, после чего в ее цепь вводится резистор. Направление магнитного потока, создаваемого катушкой, показано на рис. 129 сплошной линией, а магнитного потока, возникающего от прохождения тока небаланса силовых кабелей, протянутых в окно магнитной системы, — штриховой. В рабочем зазоре а указанные потоки направлены встречно.

Прн отсутствии короткого замыкания (к. з.) на участке, защищаемом дифференциальным реле, магнитный поток, создаваемый токами, протекающими по силовым кабелям, равен нулю. Под действием магнитного потока катушки якорь притянут и блокировочные контакты замкнуты.

Когда происходит к. з. в цепи, защищаемой дифференциальным реле, возникает ток небаланса. Магнитный поток при достижении током небаланса значения, равного току уставки реле, становится таким, что усилие от результирующего потока в зоне рабочего зазора становится меньше усилия регулировочной пружины, и якорь реле отпадает. При этом блокировочные контакты размыкаются и разрывают цепь питания удерживающей катушки выключателя БВП-5 или БВЭ-ЦНИИ. Последние отключаются и разрывают ток к. з.

Магнитный шунт служит для того, чтобы при к. з. не произошло обратного включения якоря, так как ток к. з. сразу не прекращается. При отпадании якоря еще некоторое время ток к. з. протекает по силовым кабелям, и магнитный поток от этого тока стремится снова притянуть якорь. При наличии магнитного шунта поток от тока небаланса в основном будет протекать по нему, так как проводимость этого участка магнитной цепн АБ значительно больше, чем проводимость воздушного зазора а — 10~-12 мм. Схема включения реле в силовую цепь приведена на рис. 130.

Реле Д-4В силовой цепи тяговых двигателей регулируют на ток небаланса 100 А при одном проводе, заведенном в рамку. Реле Д-4В силовой цепи вспомогательных машин регулируют на ток небаланса не более 50 Л при двух витках провода, заведенных в рамку.

На стенде реле регулируют следующим образом. В рамку магнитопровода заводят провод, а на катушку подают напряжение. Якорь должен притягиваться при напряжении на катушке (без добавочного резистора) 50 В и надежно удерживаться при 40 В, когда в цепь катушки включен добавочный резистор, установленный на реле. По проводу, заведенному в рамку, пропускают ток, равный току небаланса. Поскольку реле поляризованное, при испытаниях и монтаже следует строго придерживаться указанной полярности подсоединения. Якорь должен отпадать при токе небаланса, на который регулируют реле, и напряжении на катушке 50 В с включенным добавочным резистором. Ток уставки реле регулируют изменением натяжения пружины. Если якорь реле при прохождении тока по проводу не отпадает, нужно изменить полярность катушки реле.

Проверку регулировки реле на электровозе выполняют следующим образом. Дифференциальное реле главной цепп регулируют на ток небаланса не более 100 А. Перед испытанием необходимо убедиться, что размыкание контактов реле вручную вызывает отключение быстродействующего выключателя БВП-5. Для испытания необходимо искусственно создавать к. з. перед тяговым двигателем, для чего ставят перемычку между ножом ог-ключателя двигателей п землей.

Для проверки полярности реле при включенном выключателе БВП-5 и заторможенном электровозе устанавливают главную рукоятку контроллера па 1, 2 и 3-ю позиции. Если блокировка реле не размыкается и выключатель БВП-5 не отключается, то изменяют полярность кагушкп реле. Уставку реле проверяют при включенном выключателе БВП-5 и заторможенном электровозе на 1-й позиции. Если контакты реле не размыкаются и БВП-5 не выключается, то увеличивают натяжение регулировочной пружины реле.

Дифференциальное реле вспомогательных цепей регулируют па ток небаланса не более 50 А. Перед испытанием необходимо убедиться, что размыкание контактов реле вручную вызывает отключение быстродействующего выключателя БВЭ-ЦНИИ. Для испытания создают к. з. после вентилятора на переключателе вентиляторов или в пусковом резисторе второго вентилятора на зажиме Р68 (см. вкладку, рис. 188). Затем поднимают токоприемник и включают низкую частоту вращения вентиляторов. Блокировочные контакты реле размыкаются, а выключатель выключается. Если этого не произойдет, то проверяют полярность реле или увеличивают натяжение пружины. Натяжение пружины, замеренное по оси сердечника, должно быть не менее 6,5 кгс. При пуске электровоза в эксплуатацию, техническом обслуживании ТО-3 и текущих ремонтах проверяют правильность включення п регулировку реле на ток небаланса; восстановление реле путем форсировки при напряжении 35 В в цепи управления,

Дифференциальное реле РДЗ-504 (рис. 131, 132) состоит из шихтованного магнитопровода 8, катушки 5, якоря 4, регулировочной пружины 6, блокировки 2 и добавочною резистора, состоящего из двух параллельно соединенных резисторов 7 типа ПЭВ-15-390 Ом. Магнитопровод, блокировка и добавочный резистор установлены на панели 1. Реле закрыто кожухом 3.

Принцип действия, регулировка и проверка регулировки реле дифференциальной защиты РДЗ-504 аналогичны реле Д-4В.

После проверки уставки реле на электровозе натяжение регулировочной пружины, замеренное по оси сердечника магнитопровода, должно быть ие менее 7 кгс, а запас усилия в притянутом положении якоря и напряжении 40 В должен быть не менее 0,5 кгс.