Меню

Что такое дифференциальный контроль напряжения

Что такое дифференциальная защита

В целях обеспечения безопасности электроустановок и оборудования выполняются различные действия, одним из которых является дифференциальная защита. Ее отличает быстрота действия и абсолютная селективность, то есть способность точно выявлять неисправные сети или установки и быстро отключать их от нормально функционирующих участков. Данные устройства защищают трансформаторы и генераторы, электродвигатели, сборные шины, линии электропередач.

  1. Принцип действия
  2. Продольная дифференциальная защита
  3. Поперечная дифференциальная защита
  4. Дифференциальная защита генератора

Принцип действия

Основной функцией дифференциальной защиты является предотвращение межфазных и коротких замыканий в электрической аппаратуре и системах с глухозаземленной нейтралью. Она считается разновидностью релейной защиты и работает путем сравнения токовых величин и направлений тока по сторонам объекта.

Что такое дифференциальная защита

В основе работы дифференциальной защиты лежит сравнение фазных токов, которые протекают через защищаемый участок сети или проходят через защищаемую аппаратуру. Сила тока измеряется на концах участков с помощью двух трансформаторов тока, соединенных вторичными цепями с токовым реле. В результате, на обмотку реле поступает разница токов каждого из трансформаторов. Таким образом, дифференциальная защита — это система срабатывания, основанная на разнице токов.

В обычном режиме работы происходит вычитание одного значения тока из другого. Идеальным результатом считается нулевое значение тока в обмотке токового реле. Если же на защищаемом участке возникает короткое замыкание, на обмотку реле поступает не разница, а сумма токов. Под их воздействием контакты реле замыкаются, отдавая команду отключить поврежденный участок.

В реальных условиях эксплуатации ток, протекающий через обмотку реле, всегда будет отличаться от нуля. Он известен как ток небаланса, а его наличие зависит от ряда факторов.

  • Во-первых, оба трансформатора не идентичны и различаются между собой техническими характеристиками. Для уменьшения влияния данного фактора, изготовление трансформаторов тока, участвующих в системе дифференциальной защиты, происходит попарно, с подгонкой между собой еще на стадии изготовления. В качестве дополнительной меры у измерительного трансформатора изменяется количество витков, подгоняемое под коэффициент трансформации защищаемого устройства.
  • Другой причиной появления тока небаланса может стать возникновение намагничивающего тока в обмотках защищаемого трансформатора. При нормальном рабочем режиме значение этого тока может составлять 5% от номинала. Ток намагничивания в некоторых случаях в несколько раз превышает номинальное значение, особенно во время переключения трансформатора с холостого хода на нагрузку и при других переходных процессах. С учетом этого фактора, ток срабатывания в реле устанавливается выше максимального значения тока намагничивания.
  • Ток небаланса иногда появляется из-за неодинакового соединения обмоток, установленных на первичной и вторичной сторонах защищаемого трансформаторного устройства. В таких случаях вектор тока вторичной цепи смещается по отношению к току первичной цепи на 30 градусов. Отрегулировать и компенсировать эту разницу путем подбора витков на трансформаторе, практически невозможно. Данная проблема решается соединением обмоток: на стороне треугольника – звездой, а на стороне звезды – треугольником.

Современные устройства дифференциальной защиты на микропроцессорах способны самостоятельно учитывать эту разницу. Соединение вторичных обмоток измерительных трансформаторов осуществляется на обоих концах способом звезда, о чем указывается в настройках защитного устройства.

Продольная дифференциальная защита

В состав релейной защиты входят различные устройства, обеспечивающие надежную и безопасную работу трансформаторов, оборудования, линий электропередачи. Одной из ее разновидностей является продольная дифференциальная защита, которая в обязательном порядке используется с трансформаторами мощностью 6300 кВа и выше. Ее основная функция заключается в предупреждении аварий и выхода из строя оборудования, причиной которых могут стать многофазные замыкания на выводах и внутри обмоток.

Продольный вид защиты устанавливается и на трансформаторах, работающих параллельно, при мощности каждого из них 4000 кВа и более. Трансформаторные устройства с небольшой мощностью, не превышающей 1000 кВа, также оборудуются защитой, если отсутствует газовая защита. При этом, максимальная токовая защита имеет большую выдержку по времени, а токовая отсечка обладает низкой степенью чувствительности.

Аварийное отключение трансформатора с помощью дифференциальной продольной защиты осуществляется практически мгновенно, сразу же после возникновения неисправности.

Поперечная дифференциальная защита

Поперечная защита, работает также по принципу сравнивания токовых значений. Однако в отличие от продольной системы, установка трансформаторов тока выполняется не на концах защищаемого участка, а на отдельных линиях, подключенных к одному источнику питания. Это могут быть, например, параллельные кабельные линии, отходящие от общего выключателя.

При внешнем коротком замыкании поперечная дифференциальная защита его не сможет определить, поскольку разница значений силы тока на этих линиях будет нулевой. Если же короткое замыкание произойдет на одной из защищаемых линий, в этом случае разница токов будет иметь определенное значение, необходимое для срабатывания защиты. С помощью данной системы в основном выполняется дифференциальная защита линии электропередачи, проложенной по воздуху. В случае аварии выбирается и отключается только поврежденная линия.

Читайте также:  Зачем нужен делитель напряжения для осциллографа

В конструкцию системы входит токовое реле, выполняющее пусковую функцию, и включающееся также, как и в продольной защите с участков направления мощности. Оно включается на разницу токов в защищаемых линиях и в соответствии с напряжением шин на подстанции. Подача оперативного тока осуществляется на реле защиты путем последовательного соединения вспомогательных контактов, установленных на защищаемых линиях. За счет этого защита автоматически выводится из действия, когда отключается хотя-бы одна из линий. Таким образом, исключается не селективное действие защиты в случае внешнего короткого замыкания.

Дифференциальная защита генератора

В электрической сети иногда могут возникнуть межфазные короткие замыкания на участке от оборудования до трансформатора тока. Для предупреждения подобных ситуаций применяется дифференциальная токовая защита устройств, в том числе и генераторов. В основном используются продольные системы, отличающиеся абсолютной селективностью. Они наиболее эффективны для генераторов, обладающих средней и высокой мощностью. В состав защиты входят дифференциальные реле в количестве трех единиц.

При наличии заземления нейтрали генератора обеспечивается дифференциальная защита от коротких замыканий на землю. Однофазные короткие замыкания предупреждаются с помощью чувствительной защитной системы, при которой выполняется сравнение токов нулевой последовательности. Данные токи протекают с обеих сторон обмоток статора.

Для того чтобы исключить неправильное действие защиты при внешнем коротком замыкании, выполняется блокировка дифференциальной защитной системы. В первую очередь это касается больших токов, при которых возникает насыщение трансформаторов тока. Блокировка производится, когда один из максимальных токов фаз превышает свое установленное заданное значение. Защитные устройства срабатывают в тех случаях, когда появляется напряжение с нулевой последовательностью и определенной величиной. Дополнительно происходит контроль над величиной угла между токами нулевой последовательности сторон в обмотках статора. За счет этого значительно повышается селективность в случае внешнего однофазного короткого замыкания.

В некоторых случаях допускается применение поперечной дифференциальной защиты генератора. Таким образом, предупреждаются витковые замыкания в обмотке статора, когда имеются параллельные ветви статорных обмоток и существует возможность для сравнения токов в ветвях всех фаз. Дифференциальная защита генератора устанавливается отдельно для каждой фазы, поэтому реакция на межвитковые замыкания касается только своей фазы.

Дифференциальная защита трансформатора

Дифференциальный автоматический выключатель

Что такое дифференциальный ток

Токовая защита нулевой последовательности

УЗО или дифференциальный автомат: что выбрать и как отличить

Источник



ДИФАВТОМАТ: ОПИСАНИЕ И ПРИНЦИП РАБОТЫ.

Дифавтомат (автоматический выключатель дифференциального тока АВДТ) – это коммутационный аппарат, который служит для защиты электропроводки и электрооборудования от сверхтоков и токов утечки.

Иными словами дифавтомат – это устройство, выполняющее одновременно функции и автоматического выключателя и устройства защитного отключения (УЗО).

Дифференциальный автомат = Автомат+ УЗО

Дифавтомат, как следует из вышеуказанного описания, выполняет следующие функции:

  1. Защищает кабели и электрооборудование от свертоков, т.е. от токов короткого замыкания и перегруза.
  2. Защищает человека от поражения электрическим током, а также и от пожара, возникающего вследствие замыканий, вызванных замыканиями в электропроводке и электрооборудовании.

Принцип действия дифавтомата, соответствует принципам действия УЗО (сравнение токов в фазе и нейтрали) и автоматического выключателя (электромагнитный и тепловой расцепители). Подробно я расписывать это не буду, с принципом действия этих устройств можно ознакомится в соответствующих статьях.

По какой причине (ток короткого замыкания или же ток утечки) с работал дифавтомат несложно. У качественных производителей есть сигнальные флажки, которые указывают причину отключения дифа. Например, у дифавтоматов ABB синий индикатор отображает срабатывание устройства по току утечки на землю. Соответственно, если при отключении дифавтомата синий флажок (индикатор) не выпал, значит прибор отключился от сверхтока (перегруз или короткое замыкание).

Дифавтомат, как и УЗО делится на тип А, и на тип АС. И служит для защиты от переменного и пульсирующего постоянного токов утечки на землю. К какому типу относится АВДТ всегда можно увидеть на лицевой панели прибора. Номинальную величину тока утечки (уставку) также можно определить по информации на самом приборе. Как и у УЗО номинальная величина тока утечки имеет значения 10, 30, 100, 300 мА.

Как и УЗО для проверки дифавтомата есть кнопка “Test”, которой согласно инструкции следует пользоваться каждые 6 месяцев.

Время-токовую характеристику В, С, D у дифавтомата, как и у обычного автомата можно определить по надписям на лицевой панели устройства. Номинальный ток прибора указан также на панели рядом с время-токовой характеристикой С16, В10, С25, D32.

Читайте также:  Регуляторов напряжения 7931 3702и4

Часто путают дифавтомат и УЗО. По указанной на приборе характеристике В, С, D, как раз легко дифавтомат отличить от УЗО. Если указано С16 – дифавтомат, если указано просто 63 без В, С, D спереди, значит это УЗО.

Схема подключения дифавтомата достаточно просто. Фазный и нулевые проводники подключаются на свои клеммы. Подключать питание можно, как сверху, так и снизу.

Дифавтоматы стоят дорого, а хорошие дифавтоматы очень дорого. Цена на нормальный электромеханический дифавтомат ABB серии DS201 со стандартными характеристиками С16 30мА тип АС начинается примерно от 5ооо руб. Ниже примеры цен с одних из самых известных интернет-магазинов “Электромонтаж” и “АСберАС”.

А теперь представьте цену электрического щита, собранного на дифавтоматах. Например, обычная 2-3 комнатная квартира 15-20 кабелей в среднем. Цена только за одни дифавтоматы составит теперь 75-100 тыс. рублей. Есть, конечно, бюджетные электронные дифавтоматы всеми известных производителей, сделанные в Китае, но стоит ли им доверять защиту электрооборудования, я не очень уверен.

Я свои электрощиты собираю на обычных автоматических выключателях и УЗО. Преимуществ в данной сборке несколько:

  1. Безусловно, самое первое – это цена. На одно УЗО можно подключить 4-6 автоматов, что будет стоить примерно 8000 руб. Стоимость дифавтоматов в количестве 5 шт. составит 25.000 руб., что в 3 раза дороже. А если в доме 30 кабелей?
  2. Однополюсные автоматы и УЗО занимают меньше места. УЗО и 5 шт. автоматов занимают 7 модулей, а 5 шт. дифавтоматов 10 модулей.
  3. Если из строя выйдет автомат, то УЗО будет выполнять свои функции. Если сломается дифавтомат, то ц епь останется без защиты.
  4. Качество сборки УЗО и автоматов по отдельности выше, чем дифавтомата. Как писал выше дифавтомат = два устройства в одном (УЗО и АВ). Запихнуть в корпус дифа три фактически модуля без потери качества, очень сомнительно.

Из положительных моментов установки дифавтоматов в электрощиток, отмечу только один. Это удобство эксплуатации электрического щита. Т.е произошла утечка тока – сработал дифавтомат именно этой линии, другие дифавтоматы продолжают работать дальше. В случае с УЗО+автоматы, если будет утечка, то УЗО отключит все автоматы, которые подключены после него. При двухполюсных автоматах определить кабель из-за которого отключается УЗО не так сложно. А вот при однополюсных автоматах, придется лезть в щиток и отключать “нули” от клеммы. Но часто ли у вас отключаются УЗО или дифы?

На просторах интернета бытует миф о еще одной положительной стороне применения дифавтоматов. Это возможность перекидки дифов по фазам для равномерной нагрузки трехфазной сети. Конечно, такое когда-то может и пригодится, но это говорит о том, что данные электромонтажники не умеют проектировать, распределять нагрузку равномерно по фазам. Не просто тупо посчитать мощность, фаза 1 – 5 кВт, фаза 2 – 4,6 кВт, фаза 3 – 4,8 кВт. А именно продумать загрузку фаз с учетом вероятных режимов эксплуатации электросети. Я собрал уже около 600 электрощитов, и н и один из моих заказчиков не обращался повторно с проблемой отключения вводного автомата из-за перегруза.

Также часто вижу в работах других электромонтажников, как они ставят на “мокрые” линии (я так называю стиральные машинки, посудомойки, розетки санузлов, водонагреватели и др.) дифавтоматы. Обычно это дифы с типовыми параметрами С16/0,03А.

Честно говоря, не вижу в этом никаких преимуществ, за исключением “удобства” (и то сомнительно). Что УЗО 0,03 А и автомат С16, что дифавтомат С16/0,03 А – получается в итоге ровно одинаковая надежность, только гораздо дороже.

Я в своих щитах, например, на стиральную машинку ставлю УЗО 16/0,01 тип А и автомат “В”. Если взять дифавтомат ровно с такими же параметрами, то он будет стоить на 30-40% дороже. Так зачем платить больше, если главный параметр – это надежность, и она точно такая же?

Источник

Как работает дифференциальная защита? Схемы, принцип действия, реле

Содержание

  1. Дифференциальная защита используется
  2. Принцип работы дифференциальной защиты
  3. Дифференциальная защита на реле РНТ
  4. Дифференциальная защита на реле ДЗТ

Дифференциальная защита — одна из самых быстродействующих. Для нее не требуется выдержки по времени, так как при возникновении прецедента для срабатывания уже точно известно, что короткое замыкание находится в контролируемой зоне. Дифференциальная защита имеет абсолютную селективность и действует на отключение без выдержки времени.

Дифференциальная защита используется

  1. силовых трансформаторов (о диф защите трансформаторов можно почитать тут);
  2. генераторов;
  3. сборных шин;
  4. кабельных линий;
  5. 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:

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 КЗ 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.

Дифференциальная защита на реле ДЗТ

Внешне реле ДЗТ почти не отличается от РНТ. Но состав обмоток и их назначение меняется. Магнитопровод также имеет три стержня. Первичные обмотки находятся, как и у РНТ, на среднем стержне. А вот вторичная обмотка размещена одновременно на двух крайних, там же находится еще одна, выполняющая функцию тормозной.

Если КЗ произошло в зоне защиты, тока в тормозной обмотке реле нет, происходит его срабатывание. Если повреждение находится вне защищаемого участка, через трансформаторы протекает большой сквозной ток. Часть его поступает в тормозную обмотку, компенсируя в магнитопроводе потоки от обмоток на среднем его стержне.

В итоге во вторичной обмотке результирующий ток равен нулю. Защита не срабатывает.

Реле с успехом используется для защиты на линиях электропередач, но для силовых трансформаторов его использовать нежелательно. Имея лучшую отстройку от сквозных токов короткого замыкания, оно хуже отстраивается от токов намагничивания.

Ещё одно интересное видео о принципе работы диф. защиты шин:

Микропроцессорные терминалы диф защиты

Все рассмотренные выше реле относятся к электромеханическим. Их производство начато давно. Несмотря на высокую надежность, они уже морально устарели. А знаниями и навыками, необходимыми для их наладки и проверки обладают далеко не все релейщики.

Перспектива развития дифференциальной защиты подразумевает замену электромеханической техники на микропроцессорные терминалы защит, выпускаемые ведущими электротехническими фирмами: АВВ, Schneider Electric, Siprotec и другими.

Источник