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.

Дифзащита в сетях 0,23-0,4 кВ

Для повышения эффективности работы ЛЭП применяются устройства, принцип действия которых основан на магнитно-электрических реле.

Принцип работы

Дифаппараты (дифференциальные автоматы и устройства защитного отключения), установленные на вводах в жилые и административные здания, при прохождении электротока через них, сравнивают значения входящего и выходящего тока. Если величины, не совпадают, то происходит автоматическое разъединение цепи.

Причины возникновения тока утечки:

• прикосновение живых организмов к оголенным токопроводам;
• пробои в изоляции электропроводки, кабелей бытовых электроприборов.

Если автоматика срабатывает без нагрузки, то такой прибор нельзя считать исправным, или в самом распределительном щите протекают токи утечки. Если заведомо известно, что аппарат исправен, необходимо отключить все автоматы после УЗО. Принцип последовательного их переподключения определяет аварийный участок электроцепи.

При первом срабатывании отключения УЗО, необходимо запустить его снова, т.к. возможны ложные срабатывания устройства. Если отключение повторяется, то в сети присутствует неисправность.

Величины отсечки дифзащиты выбирают из стандартного ряда в зависимости от назначения: пожаробезопасность, вводные дифавтоматы, квартирные и фидерные УЗО, УЗО для влажных и детских комнат. УЗО на 10 и 30 мА защищают человека от фибрилляции желудочков.

Реализуется путем установки дифференциальных автоматов и УЗО на вводах в коттеджи, групповых щитках. Принято считать, что наиболее эффективная безопасность – трехуровневая, когда действуют несколько устройств: 100-300, 30 и 10 мА одновременно.

Дифференциальная токовая защита может быть эффективна в квартирах с проводкой без заземления. Она чувствительна к токам утечки, поэтому обеспечивает полную безопасность от поражения электротоком.

Устройство защитного отключения

Необходимо регулярно проверять работоспособность устройств защитного отключения (не реже 1 раза в 3 месяца). Для чего на корпусе устройства предусмотрена кнопка «ТЕСТ».

Дифференциальные автоматы совмещают в себе функции выключателя и УЗО:

• защищают линии от перегрузки;
• расцепление контактов при наличии токов утечки.

Современная дифференциальная токовая защита способна обеспечить полную безопасность от поражения электричеством.

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.

Виды реле

Среди всех, существующих на рынке моделей можно выделить следующие:

Дифференциальное реле, основной областью применения которого является промышленность и морские судна. В конструкции этого оборудования входит несколько реле, которые обязаны обеспечивать безопасность и экономичность на объекте.

Появились в продаже более 60-и лет назад, их диапазон рабочего давления составляет 0-11 бар. В конструкции установлена система сменных контактов, которые могут быть позолоченными. Обладают отказоустойчивостью и регулируемым дифференциалом. У этого оборудования IP66 класс защиты, и по заказу оно может поставляться с зоной нечувствительности. Если предполагается установка на судне, то оборудование обязательно поставляется с необходимыми разрешительными документами.

• Оборудование, которое удовлетворяет самые строгие требования относительно малого значения дифференциала и защиты. Конструкция отличается от конкурентных моделей прочностью, точностью, виброустойчивостью и хорошей устойчивостью к механическим повреждениям. Использовать оборудование можно в помещении и на улице, при этом диапазон рабочего давления составляет 0,2-2,5 бар, а класс защиты IP67. На корпусе имеется микровыключатель.
• Оборудование, которое используется в местах, где необходимы компактность и надежность. Конструкция реле создавалась в соответствии с новой концепцией, поэтому оборудование относится к агрегатам блочного типа. Реле способно выдерживать жесткие условия эксплуатации, а фиксированное значение дифференциала позволяет добиться высокой точности работы. Диапазон рабочего давления 0,3-5 бар, а в качестве дополнения имеется возможность настроить дифференциал.
• Компактная модель с рабочим давлением от 0,3 до 5 бар. Оборудование прекрасно справляется поставленной задачей даже в условиях машинного отделения судна, что говорит о прочности, надежности и виброустойчивости. Привлекательно такое оборудование небольшими затратами на монтаж, компактной конструкцией и классом защиты IP66.Пишите комментарии,дополнения к статье, может я что-то пропустил.Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.

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.

Как выглядит и где находится в трансформаторе

Прессостат является реле в трансформаторной станции с тремя стержнями, которые характеризуются наличием обмоток. Исполнительный орган — это выходной токовый прессостат.

На последнем стержне трансформаторной станции расположены выводы вторичной обмотки, к которым подключается термостат. На среднем стержне 2-3 первичные обмотки, которые связаны с трансформаторными токами. Для устройства характерно наличие дополнительных короткозамкнутых обмоток, с помощью которых гасится апериодическая составляющая.

Обратите внимание! Чтобы настроить пресосстат, переключают количество витков в первичной обмотке, в результате чего в магнитопроводе добиваются равенства магнитных потоков. Токи срабатывания выходного термостата и требуемое торможение при переходном процессе выставляются методом изменения сопротивлений резисторов в компенсирующей и выходной цепи

Токи срабатывания выходного термостата и требуемое торможение при переходном процессе выставляются методом изменения сопротивлений резисторов в компенсирующей и выходной цепи.

Защита генератора

РТН применяется для обеспечения полноценной работы РЗА силовой трансформаторной станции. При подключении к электросети в их сердечнике сразу же наблюдается возникновение мощных намагничивающих токов. При их быстром затухании создается прецедент для защиты двигателя. Это объясняется тем, что мощность на намагничивание остается в трансформаторной станции по типу тора.

Отстройка от намагничивающих токов обеспечивается благодаря устройству РТН. Быстрое намагничивание сердечника трансформаторной станции наблюдается при резком броске тока, в результате чего прессостат не реагирует на подобное явление. Если прессостат устанавливается на мощное сквозное КЗ, то оно может сработать при воздействии токов небаланса.

Дифференциальная охрана предназначена для полноценного функционирования электрической сети. Она обеспечивает регулировку токов и выключение при их нарушении. Не стоит пренебрегать этим устройством во благо безопасности.

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.

АВ+УЗО

Традиционный способ защиты — установка автоматического выключателя и УЗО.

ВА47-29 и ВД1-63 (УЗО) IEK

ВА47-29: предельная отключающая способность — 4500 А, номинальный ток — от 0,5 до 63 А

Выключатель дифференциальный: тип А или АС, номинальный ток от 16 до 63 А, номинальный отключающий дифференциальный ток — 10, 30, 100 мА.

Если мы устанавливаем эти два устройства вместе, то автоматический выключатель (АВ) отрабатывает в случае перегрузки или КЗ (тепловой и электромагнитный расцепитель), а УЗО — при возникновении утечки.

Такой вариант позволяет компоновать выключатели и УЗО под свои нужды. Например, широко используется схема, в которой одно УЗО «обслуживает» несколько линий, каждая из которых подключена через свой АВ. Это особенно актуально в бюджетных щитах.

С другой стороны, неопытный электрик может совершить ошибку, выбрав неправильный номинал или перепутав провода.

Автоматические выключатели дифференциального тока объединяют функции АВ и УЗО. В большинстве случаев достаточно выбрать нужный номинальный ток и номинальный отключающий дифференциальный ток — и защита обеспечена. У IEK есть несколько линеек АВДТ.

Разные коэффициенты ТТ в ДЗТ

Для выравнивания вторичных токов с разных сторон силового трансформатора необходимо, чтобы номинальные первичные токи силового трансформатора были равны номинальным первичным токам ТТ, а при соединении ТТ в «треугольник» – номинальный первичный ток ТТ был в √3 раз меньше номинального тока этой стороны силового трансформатора.

ТТ имеют стандартную шкалу номинальных значений, поэтому для выравнивания вторичных токов с разных сторон трансформатора используются промежуточные автотрансформаторы (трансформаторы) или магнитное выравнивание с помощью подключения цепей вторичных токов к разным числам витков.

Однако все эти способы не позволяют точно сбалансировать вторичные токи (невозможность установки дробного числа витков или из-за дискретности отпаек витков обмотки и т.п.), поэтому появляется дополнительная составляющая тока небаланса. Эта составляющая определяется:

где Wрасч – расчетное число витков; Wуст – установленное число витков. Расчетное число витков определяется по выражению:

где Wосн и Iном. осн – число витков и номинальный ток стороны защищаемого трансформатора, принятой в расчете за основную; Wрасч и Iном – расчетное число витков и номинальный ток стороны защищаемого трансформатора, принятой в расчете за неосновную.

Следует отметить, что в современных цифровых реле удается минимизировать эту составляющую тока небаланса (до уровня ≈ 1%).

Ссылки по теме

• Беркович М.А. Молчанов В.В. Семенов В.А. Основы техники релейной защиты / Нормативный документ от 29 ноября 2022 г. в 11:56
• Нагай В.И. Релейная защита ответвительных подстанций электрических сетей / Нормативный документ от 25 февраля 2022 г. в 14:04
• Техническое обслуживание измерительных трансформаторов тока и напряжения. Под ред. Алексеева Б.А. / Нормативный документ от 30 января 2022 г. в 11:22
• РД ЭО 1.1.2.03.0537-2006 / Нормативный документ от 12 сентября 2011 г. в 13:04
• Релейная защита энергетических систем. / Нормативный документ от 8 апреля 2008 г. в 09:53
• Киреева Э.А. Цырук С.А. Релейная защита и автоматика электроэнергетических систем / Нормативный документ от 25 декабря 2019 г. в 17:17
• Шабад М.А. Трансформаторы тока в схемах релейной защиты. Часть вторая. Расчеты для схем защиты на переменном оперативном токе / Нормативный документ от 14 января 2022 г. в 12:36

Оцените статью: