Дифференциальное реле принцип работы: реле, принцип работы, применение, схемы

применение и принцип действия, преимущества и недостатки

Для обеспечения долговременной эксплуатации электрооборудования применяются разнообразные виды защит. Дифференциальная защита получила широкое распространение благодаря высокому быстродействию. Применяется в сетях с глухозаземленной нейтралью для безопасного функционирования линий электропередач, электродвигателей, сборных машин, трансформаторов, автотрансформаторов и генераторов от коротких замыканий, а также для домашнего использования.

• Виды и особенности работы
  • Продольная защита
  • Поперечная защита
• Преимущества и недостатки
• Применение в быту
• Повышение эффективности дифзащиты

Виды и особенности работы

Дифференциальная защита является одним из видов релейной защиты, которая отличается абсолютной селективностью и очень высокой скоростью срабатывания. Существуют такие виды дифзащиты: поперечная и продольная. Выбор соответствующей дифзащиты зависит напрямую от ситуации, а для того чтобы уметь безошибочно ее применять, необходимо знать, в каких случаях она применяется, принцип действия, а также основные недостатки и ограничения.

Продольная защита

Продольную дифзащиту необходимо устанавливать в роли основной для защиты мощных трансформаторов и автотрансформаторов.

Основные требования:

1. Одиночные трансформаторы и автотрансформаторы с мощностью от 6300 кВА.
2. Параллельно работающие трансформаторы и автотрансформаторы с мощностью от 4000 кВа.
3. Надежная и помехозащищенная линия связи между 2-мя трансформаторами.
4. Трансформаторы и автотрансформаторы с мощность от 1000 кВА (токовая отсечка не может добиться необходимой чувствительности при коротком замыкании на выводах с высоким напряжением, при этом максимальная защита должна быть не более 0,5 секунд).

Схема 1 — Продольная дифзащита трансформатора:

Принцип действия дифзащиты сводится к сравнению значений токов фаз, протекающиех по защищенным участкам соответствующих линий. Применяются трансформаторы тока, которые служат для измерения силы тока на защищенном участке цепи. Вторичные обмотки этих трансформаторов соединены с токовыми реле, в результате на обмотку реле попадает разница токов.

При нормальной работе разность значения токов в цепи токового реле будет равна нулю. Однако при коротком замыкании в обмотку реле поступит не разница, а сумма токов. Контакты реле замыкаются, и выдается команда на полное отключение поврежденного участка цепи.

Однако это все прекрасно работает только в теории. В реальном случае через обмотку токового реле будет протекать ток, который не равен нулю. Этот ток называется током небаланса.

Основные причины появления тока небаланса на обмотке токового реле:

1. Характеристики трансформаторов тока чаще имеют немного разные характеристики. На предприятии-изготовителе их выпускают попарно, предварительно проверяют и подгоняют их характеристики (изменение количества витков обмоток для соблюдения соответствия коэффициента трансформации трансформатора, который необходимо защитить).
2. Возникновение намагничивающего тока, который появляется в обмотках защищенного трансформатора. В нормальном режиме значение этого тока достигает до 5% от номинального . При холостом ходе трансформатора этот ток на непродолжительное время может превышать значение номинального в несколько раз.
3. Разные соединения первичной и вторичной обмоток трансформатора (звезда и треугольник). В этой интерпретации вектора токов в первичной и вторичной обмотках будут смещены на 30 градусов, что затруднит подбор количества витков. Это легко компенсировать с помощью соединения обмоток должным образом (на стороне звезды соединяют треугольником, а на стороне треугольника — звездой).

Необходимо учесть, что современные устройства, построенные на базе микропроцессоров, способны компенсировать самостоятельно и для этого нужно просто указать в настройках этого устройства.

Поперечная защита

Применяется только на высоковольтных линия. Поперечная дифференциальная защита выбирает и обесточивает одну поврежденную линию.

Она состоит из токового реле направления мощности, которое подключается, как и в продольной дифзащите, с соответствующего участка на разность токов.

Ток подается на реле через последовательно соединенные контакты для автоматического вывода защиты при отключении проблемной линии, во избежание ее действия при КЗ (коротком замыкании). Вращающий момент у реле направления мощности зависит напрямую от тока, напряжения, а также от угла между этими векторными величинами.

При коротком замыкании значение тока на одной из линий будет больше, чем на другой, и ток в реле будет иметь такое же направление, как и в первой линии. Следовательно, реле замкнет свой контакт (силы тока будет достаточно для притягивания сердечника), и дифзащита отключит линию с большим значением тока. То же самое произойдет и при повешении значения номинального тока во второй линии, но разомкнется уже другая контакторная группа.

Схема 2 — Поперечная дифзащита трансформатора

Принцип действия поперечной защиты примерно такой же, как и у продольной, но есть главное отличие: трансформаторы тока следует установить на концы отдельных линий, которые подключены к данному участку.

Преимущества и недостатки

Несмотря на широкое применение благодаря высокой скорости срабатывания, каждый из видов дифференциальных защит имеет свои плюсы и минусы.

Преимущества продольной дифзащиты:

1. Абсолютная селективность.
2. Возможность применения с другими видами защит.
3. Отлично подходит для линий электропередач (ЛЭП) небольшой длины.
4. Отключение аварийного участка сети без задержки.

К недостаткам продольной защиты можно отнести:

1. Снижается эффективность при проектировании длинных ЛЭП.
2. Необходимы устройства контроля за отказом вспомогательных проводов для корректировки дифзащиты.
3. Возникновение тока небаланса.
4. Высокая стоимость при использовании реле (реле с торможением).
5. Очень сложная реализация (дополнительно сооружаются линии связи для трансформаторов токов).

Преимущества поперечной дифзащиты:

1. Высокая селективность (100%).
2. Не оказывает влияние на работу других реле в схемах.
3. Мгновенное срабатывание.

Недостатки поперечной защиты:

1. Возрастает необходимость повторного запуска защиты при срабатывании.
2. Не применяется в виде основной и единственной защит.
3. Необходимо учитывать мертвые зоны, которых несколько.
4. Не может защитить концы линии и ошиновку подстанции.
5. Не может определить место короткого замыкания.
6. Не применяется для ЛЭП, где требуется отключить лишь поврежденные участки.
7. Не применяется с автоматическими выключателями.
8. Необходимо полностью отключать линию с повреждением.

Применение в быту

Эти виды защиты возможно применять для жилых зданий в сетях напряжением от 230 до 400 вольт, однако эти устройства называются дифаппаратами. Они бывают двух типов: дифференциальные автоматы и устройства защитного отключения. Принцип их действия основан на следствии из закона Кирхгофа (I закон), который подразумевает следующее правило: значения входящего и исходящего токов должны быть равны. Если образуется ток утечки, то величины не совпадают, и происходит отключение защищенного участка.

Основные причины возникновения тока утечки:

1. Прикосновение к частям аппаратуры, которая находится под напряжением человека или животных.
2. Пробои в изоляции линии проводки или аппаратуры.

В некоторых случаях автоматика (дифаппарат) срабатывает при отсутствии нагрузки (подключенных потребителей электроэнергии).

Основная причина — неисправность аппарата или утечка тока в самой распределительной коробке. Однако если аппарат исправен, то в этом случае необходимо полное отключение всех автоматов после дифаппарата, и проверяются все элементы цепи на предмет пробоя на корпус. Для выбора дифзащиты необходимо учесть помещения и особенности электрических цепей, которые подлежат защите.

Дифзащита — оптимальный выбор для квартир с проводкой без заземления. Для обеспечения наибольшей эффективности необходимо ставить 3-уровневую защиту (несколько устройств на 10, 30 и100−300мА).

Для обеспечения техники безопасности ее необходимо проверять нажатием кнопки «Тест» не реже 2 раз в месяц, желательно это делать регулярно.

Дифавтоматы — более качественная защита, которая выполняет функции УЗО и выключателя. Если в жилом помещении имеется генератор, который получил широкое распространение, то для него также можно применить этот вид защиты. Схема включает в себя токовое реле, которое подключается к трансформатору тока.

Реле необходимо установить на статоре между нулевыми точками, включенными звездой. При нормальной работе защита не срабатывает, но при возникновении межвиткового замыкания появляется разница магнитных потоков токового реле и защита срабатывает.

Дифзащиту можно также применять и для защиты от многофазных КЗ. Для этого необходимо приобрести специальный дифаппарат для многофазной защиты.

Повышение эффективности дифзащиты

Несмотря на огромный ряд преимуществ перед другими видами защит, дифзащита требует повышения эффективности ее срабатывания в аварийной ситуации при эксплуатации генераторов. Для этого необходимо соблюдать следующие правила:

1. Включение добавочных резисторов к измерительным токовым реле.
2. Минимизация апериодических величин и настройка отсечек для переходных токов небаланса.
3. Применение реле с задержкой времени срабатывания.

Таким образом, дифзащита широко применяется для обеспечения стабильной работы электрооборудования и ЛЭП, защиты от пожаров и возгораний, непредвиденных финансовых затрат, а также для сохранения жизни и здоровья человека.

Дифференциальная защита: принцип работы и виды

Содержание

• 1 Продольная дифзащита
  • 1.1 Принцип действия
  • 1.2 Возникновение тока небаланса
• 2 Поперечная дифзащита
  • 2.1 Принцип работы
  • 2.2 Схема срабатывания защиты
  • 2.3 Область применения
• 3 Дифзащита в сетях 0,23-0,4 кВ
  • 3.1 Принцип работы
• 4 Поперечная дифзащита генераторов
  • 4.1 Принцип действия
  • 4.2 Повышение эффективности дифзащиты
• 5 Защита трансформаторов. Видео

Дифференциальная защита – подтип релейной защиты. Характеризуется быстротой действия и абсолютной селективностью. Область применения – безопасная работа двигателей, ЛЭП, сборных шин, трансформаторов и генераторов, автотрансформаторов, предохранение генераторов от многофазных коротких замыканий (КЗ).

Дифференциальная защита двигателя

Дифференциальные устройства защищают электроаппараты от межфазных замыканий. В системах с глухозаземленной нейтралью дифзащита предназначена для предотвращения коротких замыканий.

Выделяют два вида дифзащиты: продольную и поперечную.

Продольная дифзащита

Преимущества:

• абсолютная селективность;
• можно применять без ограничений с другими видами;
• безотказна для ЛЭП небольшой длины;
• без задержки во времени отключает аварийный участок сети.

Недостатки:

• при проектировании дифзащиты для длинных ЛЭП значительно снижается эффективность ее действия. Для корректировки работы необходимы устройства контроля отказа вспомогательных проводов;
• возникает ток небаланса;
• высокая стоимость в случае применения реле с торможением;
• сложность реализации – необходимо сооружение линии связи между участками проводников, к которым производится подключение трансформатора тока.

Области действия:

• защита автотрансформатора и трансформатора;
• защита на ПС одиночного трансформатора или автотрансформатора с установленной мощностью более 6300 кВА;
• дифзащита параллельно работающих трансформаторов мощностью более 1000 кВА, если токовая отсечка выполняет корректно свою функцию.

Дифференциальная защита трансформатора

Принцип действия

Принцип работы аппаратов дифзащиты построен на сравнении значения токовых нагрузок, протекающих через защитные устройства на участках линии. Для замеров силы тока целесообразно применение трансформатора. Цепи двух ТТ соединяют с реле так, чтобы на него не действовала разница значений тока между обмотками трансформаторов. В реальных условиях эксплуатации всегда присутствует электроток небаланса.

Возникновение тока небаланса

• Возникновение намагничивающихся токов в обмотках трансформатора.  В некоторых случаях, например, от действия переключения из режима ХХ на полную нагрузку, его значение может превышать номинальное. В связи с этим, ток уставки реле выбирают большим, чем максимальное значение намагничивающегося тока.
• ТТ не всегда абсолютно точно совпадают друг с другом по техническим характеристикам. Чтобы избежать негативных последствий, принцип испытаний трансформаторов на производстве заключается в подборе подходящих пар, которые поставляются в комплектах.
• Соединение обмоток. При разных соединениях (звезда-треугольник, например) также возникают токи небаланса. Уравнивание значений электротока невозможно решить путем подбора витков токового трансформатора. Сдвиг угла компенсируется соединением обмоток: треугольник для звезды и, наоборот.

Современная микропроцессорная продольная дифзащита снабжается устройством компенсации электротока небаланса.

Поперечная дифзащита

Принцип работы генераторов тока в автомобилях

Применяется для предохранения нескольких линий электропередачи от КЗ, подключенных под одну систему шин.

Принцип работы

Поперечная дифзащита включает токовое реле также, как и продольная – от разности токов защищаемых линий.

Токовое реле сравнивает значения нагрузок каждого трансформатора. В отличие от продольной, для поперечной защиты ТТ могут быть установлены на разных ЛЭП, отходящих от единого источника электропитания. Пример – несколько фидеров, действующих от одного автоматического выключателя. Принцип действия защиты дифференциальной не позволяет ей срабатывать от действия внешних КЗ. Поперечная защита срабатывает, когда разница значений не будет равна нулю, т.е. возникает аварийная ситуация на одной из линий.

Схема срабатывания защиты

Токовые цепи подключаются на разность значений двух ЛЭП. Если происходит короткое замыкание на одной из линий, токовая нагрузка одного трансформатора (подключенном к ЛЭП с КЗ) становится больше, чем другого. Реле реагирует на разность значений и срабатывает отключение аварийной ЛЭП. Устройство защиты рассчитано на выбор и отключение только той линии, которая повреждена.

Таким образом, если срабатывает поперечная дифференциальная защита, обслуживающий персонал самостоятельно определяет поврежденный участок линии, отключает его, выводит реле из действия и включает работоспособные участки ЛЭП.

Преимущества:

• 100% селективность;
• не влияет на работу других реле;
• не имеет временного промежутка отключения – срабатывает мгновенно.

Недостатки:

• необходим принудительный повторный запуск после срабатывания отключения;
• не может применяться как основная единственная защита;
• необходимо применение дополнительных мероприятий для мониторинга мертвых зон;
• не защищает концы линии и ошиновку на ПС – имеет несколько мертвых зон;
• самостоятельно не определяет место действия КЗ;
• не применяется для ЛЭП с автоматическими выключателями, где требуется отключение лишь поврежденных участков ЛЭП;
• необходимость полного выведения из действия одной линии.

Область применения

• Устанавливается на линиях 35-220 кВ.
• Поперечная дифференциальная защита используется на параллельных ЛЭП с двумя источниками напряжения как резервная, на линиях с односторонним питанием – как основная. При двухстороннем питании ТТ устанавливаются с обоих концов линии, при одностороннем – лишь на источнике питания. Имеет место на ЛЭП с одинаковым сопротивлением (провода и кабели одного сечения, одинаковая нагрузка).

Если мертвая зона на ЛЭП составляет не более 10%, то такую ЛЭП можно считать эффективно защищенной.

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.

Поперечная дифзащита генераторов

Принцип действия

Защитное заземление: принцип работы и схемы

Схема включает в себя токовое реле, подключенное к ТТ. Реле устанавливается между нулевыми точками статора, включенными по схеме «звезда». При безаварийной работе разница токов равна нулю. Если происходит витковое замыкание, появляется разница и срабатывает дифференциальная защита. Также выполняет функцию защитного устройства от многофазных КЗ:

• на генераторах с прямым охлаждением устанавливаются токовые отсечки без задержки во времени;
• на устройствах с косвенным охлаждением с дифзащитой совместно устанавливают реле времени.

Защитный аппарат для генератора

Повышение эффективности дифзащиты

• Включение в цепь измерительных токовых реле дополнительных добавочных сопротивлений. Применяется для маломощных генераторов.
• Исключение апериодической величины токовых нагрузок небаланса.
• Отстройка отсечки от переходных токов небаланса. Единственным недостатком метода является снижение быстродействия дифференциальных устройств. Применяется в реле РНТ для повышения надежности работы насыщающегося трансформатора.
• Использование реле с торможением. Способ значительно удорожает систему защитных мероприятий.

Защита трансформаторов. Видео

Блокинг генератор: принцип работы

Видео ниже рассказывает об особенностях дифференциальной защиты трансформаторов.

Дифференциальная защита – важное мероприятие для стабилизации работы электрооборудования и ЛЭП. Современные технологии разработаны с учетом особенностей работы практически каждого электротехнического устройства. Эффективно запроектированная дифзащита позволяет повысить надежность линий и оборудования и снизить стоимость их эксплуатации.

Оцените статью:

Что такое реле дифференциальной защиты? — Описание и его типы на основе принципа действия

Определение: Реле, работа которого зависит от разности фаз двух или более электрических величин, известно как реле дифференциальной защиты . Он работает по принципу сравнения фазового угла и величины одних и тех же электрических величин.

Например: Рассмотрим сравнение входного и выходного тока линии передачи. Если величина входного тока линии передачи больше величины выходного тока, это означает, что через нее протекает дополнительный ток из-за неисправности. Разница в токе может привести в действие реле дифференциальной защиты.

Следующие основные условия необходимы для работы реле дифференциальной защиты.

• Сеть, в которой используется реле, должна иметь две или более одинаковые электрические величины.
• Величины имеют фазовый сдвиг приблизительно 180º.

Реле дифференциальной защиты используется для защиты генератора, трансформатора, фидера, большого двигателя, сборных шин и т. д. Ниже приводится классификация реле дифференциальной защиты.

• Реле дифференциального тока
• Дифференциальное реле напряжения
• Реле смещения или процентного дифференциального реле
• Дифференциальное реле баланса напряжения

Реле дифференциального тока

Реле, которое определяет и управляет разницей фаз между током, поступающим в электрическую систему, и током, выходящим из электрической системы, называется реле дифференциального тока . Расположение реле максимального тока, подключенного для работы в качестве дифференциального реле, показано на рисунке ниже.

Расположение реле максимального тока показано на рисунке ниже. Пунктирной линией показан раздел, который используется для защиты. Трансформатор тока размещается на обоих концах зоны защиты. Вторичная обмотка трансформаторов соединена последовательно с помощью контрольного провода. Таким образом, ток, индуцируемый в ТТ, течет в одном направлении. Рабочая катушка реле подключена к вторичной обмотке ТТ.

В нормальном рабочем состоянии величина тока во вторичной обмотке ТТ остается неизменной. Нулевой ток протекает через рабочую катушку. При возникновении неисправности величина тока на вторичной обмотке ТТ становится неравной, из-за чего реле срабатывает.

Смещенная или процентная дифференциальная катушка

Это наиболее часто используемая форма дифференциального реле. Их устройство такое же, как и у токового дифференциального реле; единственное отличие состоит в том, что эта система состоит из дополнительной ограничительной катушки, подключенной к контрольным проводам, как показано на рисунке ниже.

Рабочая катушка соединяется в центре ограничивающей катушки. Коэффициент тока в трансформаторе тока становится несимметричным из-за тока короткого замыкания. Эта проблема решается использованием тормозной катушки.

Дифференциальное реле индукционного типа

Это реле индукционного типа состоит из диска, который свободно вращается между электромагнитами. Каждый из электромагнитов состоит из медного экранирующего кольца. Кольцо может входить или выходить из электромагнита. Диск испытывает силу из-за удерживающего и рабочего элемента.

Результирующий крутящий момент на заштрихованном кольце становится равным нулю, если положение кольца сбалансировано для обоих элементов. Но если кольцо движется к железному сердечнику, то на кольцо действуют неравные моменты из-за управляющей и удерживающей катушек.

Дифференциальное реле баланса напряжения

Дифференциальное реле тока не подходит для защиты фидеров. Для защиты фидеров используются дифференциальные реле баланса напряжения. Дифференциальное реле напряжения использует два одинаковых места трансформатора тока через защитную зону с помощью контрольного провода.

Реле подключаются последовательно с вторичной обмоткой трансформатора тока. Реле подключены таким образом, что в нормальном рабочем состоянии через них не протекает ток. Дифференциальное реле баланса напряжения использует трансформаторы тока с воздушным сердечником, в которых напряжения индуцируют относительно тока.

При возникновении неисправности в зоне защиты ток в ТТ становится несимметричным, из-за чего нарушается напряжение во вторичной обмотке ТТ. Ток начинает течь через рабочую катушку. Таким образом, реле начинает работать и дает команду на срабатывание выключателя.

Основное дифференциальное реле Рабочая функция

Дифференциальное реле рабочая функция:

Дифференциальная защита является одной из наиболее важных защит в энергосистеме. Он используется для защиты электрооборудования от внутренних неисправностей, таких как короткое замыкание внутренней обмотки или короткое замыкание между фазами шин, межвитковое короткое замыкание, прокол обмотки и т. д. Он работает по закону тока Кирхгофа. Утверждается, что алгебраическая сумма узла в цепи равна нулю. Дифференциальное реле можно определить как реле, срабатывающее, когда разность векторов между двумя или более электрическими величинами превышает предварительно установленное значение.

Типы дифференциального реле:

• Дифференциальное реле баланса тока
• Дифференциальное реле баланса напряжения
• Дифференциальное реле со смещением или процентное дифференциальное реле

Дифференциальное реле баланса тока:

[wp_ad_camp_1]
В дифференциальном реле баланса тока ток цепи является величиной для сравнения. Происходит сравнение величины и вектора двух токов. Рассмотрим схему на рисунке, два тока I1 и I2 являются выходом двух трансформаторов тока. Рабочая катушка К размещена параллельно трансформатору тока. Здесь при нормальных условиях два тока I1 и I2 имеют одинаковую величину и вектор. Следовательно, в точке A оба сокращают друг друга. Следовательно, ток через катушку К равен нулю, и реле срабатывает. В ненормальном состоянии ток I1 не равен I2. Затем через катушку K протекает ток, если ток через катушку k превышает заданное значение, то реле приводит в действие соответствующий автоматический выключатель.

В трехфазной цепи два вида конфигураций ТТ выполняются для дифференциальной защиты: одна представляет собой дифференциальную защиту с высоким импедансом, а другая — дифференциальную защиту с низким импедансом.

Дифференциальная защита с высоким импедансом означает, что катушки реле работают при высоком напряжении, низком токе и дифференциальной защите с низким импедансом. Катушка реле работает при высоком токе с низким выходным напряжением.

Недостатки дифференциальных реле тока:

• Соединения ТТ подключены через кабель. Следовательно, импеданс кабеля добавляется. Это создает небольшую разницу в токе через катушку реле. Кроме того, катушка реле более чувствительна, что приводит к ложному срабатыванию цепи даже при отсутствии неисправности.