Дифференциальная защита ток торможения

Принцип работы продольной защиты

При данном варианте используется принцип сравнения токов, проходящих возле защищаемого участка. Чтобы измерить силу тока на его концах, применяются два трансформатора тока. Происходит соединение вторичных цепей этих приборов с токовым реле. В результате, обмотка реле принимает на себя разницу токов обоих трансформаторов.

При нормальном режиме работы производится вычитание токовых значений: одно вычитается из другого. При идеальном функционировании аппаратуры, ток в обмотке будет иметь нулевое значение. Если на защищаемом участке произойдет короткое замыкание, то на обмотку будут поступать уже суммированные токи, а не их разница. Контакты реле замыкаются, выдавая команду отключить поврежденный участок.

В условиях реальной эксплуатации в обмотке реле всегда присутствует так называемый ток небаланса, отличающийся от нулевого значения. Его появление обусловлено наличием определенных внешних факторов.

Причины образования тока в обмотке реле при нормальной работе оборудования:

• У трансформаторов тока различные технические характеристики. Чтобы добиться максимальной идентичности, их изготовление осуществляется попарно, с подгонкой всех параметров между собой. При необходимости, у них может изменяться количество витков, в зависимости от коэффициента трансформации объекта защиты.
• В некоторых случаях сказывается влияние намагничивающего тока. Он появляется в обмотках трансформатора, который требуется защитить. В обычном режиме значение этого тока составляет примерно 5% от номинала. При переходе устройства из одного состояния в другое намагничивающий ток в течение короткого времени может значительно превысить номинал. Чтобы сделать поправку на этот фактор, в реле устанавливается более высокое значение тока срабатывания.
• Защищаемый трансформатор имеет первичную и вторичную обмотку, которые не могут одинаково соединиться между собой из-за смещения вектора тока. Для компенсации углового сдвига применяются соединения звездой и треугольником на разных сторонах обмоток.

Дифференциальная защита, автоматика, управление и сигнализация электродвигателя. БЭ2502А0802

Состав

Терминал дифференциальной защиты электродвигателя совместно с терминалом защиты, автоматики и управления электродвигателя БЭ2502А07ХХ осуществляет комплексную защиту электродвигателя мощностью более 5 МВт.Принцип действияДифференциальная токовая защита (ДТЗ): — токозависимая характеристика срабатывания с двумя коэффициентами торможения; — два варианта определения тормозного тока. Дифференциальная токовая отсечка (ДО) предназначена для обеспечения надежной работы при большихтоках повреждения в зоне действия защиты.

Максимальная токовая защита:

— МТЗ имеет три ступени: первая и вторая – с независимой времятоковой характеристикой, третья – с зависимой или независимой времятоковой характеристикой; — ступени могут быть выполнены направленными и иметь контроль от ИО минимального напряжения и напряжения обратной последовательности; — третья ступень МТЗ может быть задействована на сигнализацию и отключение либо только на сигнализацию; — предусмотрено загрубление уставок МТЗ в два раза на время пуска электродвигателя.

Защита от замыканий на землю:

— реализована одним из способов: по току нулевой последовательности 3I0 основной частоты; по напряжению нулевой последовательности 3U0; по току 3I0, напряжению 3U0 и взаимному направлению тока и напряжения нулевой последовательности (направленная).

Защита от несимметричного режима:

— реализована на принципе измерения соотношения токов обратной и прямой последовательностей.

Защита минимального напряжения:

— срабатывает при снижении всех линейных напряжений ниже уставки в течение заданного времени.

Защита от потери нагрузки:

— срабатывает, если электродвигатель в работе, но минимальный из фазных токов меньше тока уставки в течение заданного времени.

Защита от обратной мощности:

— срабатывает, если от электродвигателя на шины в течение заданного времени поступает активная мощность, превышающая уставку; — cрабатывает при повышении значения реактивной мощности в течение заданного времени больше уставки.

Защита от затянутого пуска:

— реализуется либо на принципе контроля «I2xt», либо по превышению максимального фазного тока уставки пускового тока в течение заданного времени t; — работает только в режиме «Пуск электродвигателя».

Защита от блокировки ротора:

— срабатывает только в режиме «Работа электродвигателя», если ток одной из фаз превышает уставку пускового тока в течение заданного времени срабатывания.

Защита от термической перегрузки:

— функция контролирует нагрев электродвигателя относительно нагрева в нормальном режиме работы; — нагрев электродвигателя определяется по тепловой модели, определенной дифференциальным уравнением.

Функция ограничения количества пусков:

— ограничивает количество разрешенных за час пусков; — запрещает повторное включение электродвигателя в течение минимального времени между пусками.

УРОВ:

— обеспечивает действие на отключение смежных выключателей при срабатывании любых защит терминала или внешних защит и отказе выключателя.

АПВ выключателя:

— обеспечивает однократное автоматическое повторное включение выключателя; — предусмотрена возможность запрета АПВ при действии на отключение внутренних и внешних токовых защит, при срабатывании УРОВ, ЗДЗ и внешних сигналов.

Дифференциальная защита шин

ДЗШ является быстродействующей защитой с абсолютной селективностью, которая охватывает все элементы РУ, присоединенные к секции шин, и действует без замедления при всех видах коротких замыканий (КЗ) на отключение выключателей этих элементов с пуском их УРОВ и запретом их АПВ при неуспешном АПВ шин. По своему принципу действия ДЗШ не срабатывает ложно при внешних КЗ и качаниях.

Современные ДЗШ предусматриваются с дополнительным торможением для отстройки от токов небаланса установившегося и переходного режимов при длительном внешнем КЗ с большой апериодической составляющей.

ДЗШ подключается к отдельным вторичным обмоткам трансформаторов тока (ТТ) таким образом, что бы ее зона действия максимально перекрывалась с зонами действия защит присоединений:

• защиты присоединений подключаются к вторичным обмоткам ТТ, расположенными максимально близко к шинам;
• ДЗШ подключается к вторичным обмоткам ТТ, расположенными максимально удаленно от шин в сторону присоединений.

В ДЗШ предусмотрен контроль исправности токовых цепей с действием на сигнализацию и автоматическую блокировку защиты при неисправности. Предусматривается возможность:

• оперативной деблокировки защиты;
• оперативного вывода блокировки защиты при неисправности токовых цепей.

В современных терминалах ДЗШ предусматривается программное выравнивание токов плеч и установка промежуточных ТТ не требуется.

Как происходит процесс

При подаче нагрузки намагничивание прибора из-за включения рассматривается как негативное явление, способное спровоцировать БТН максимальной амплитуды. При отключении ток намагничивания сокращается до нулевой отметки, а магнитная индукция корректируется в зависимости от степени намагничивания стального сердечника, в результате чего в магнитопроводе сохраняется остаточная индукция.

Если через время повторить включение токопреобразующего устройства под напряжение, подчиненное синусоидальному закону изменения, магнитная индукция меняется со смещением остаточной величины до 90% от номинального значения. В результате возникает высокая амплитуда намагничивания и изменение формы кривой.

Рис. 3. Кривая БНТ классического типа

Уровень намагничивающего тока затухает на десятые доли секунды, но полное «сглаживание» кривой наступает в течение нескольких секунд, а при определенных условиях – через несколько минут. Длительность затухания апериодической составляющей осциллограммы БТН обусловлена высокой амплитудой тока в начальный (нулевой) момент времени и содержанием разных гармоник. Пиковая величина зависит от нагрузочного напряжения и его параметров, а также от значения и полярности остаточного магнитного потока в сердечнике.

Пик тока может быть выше номинального значения для высокомощных агрегатов в 10-15 раз, а для приборов мощностью (

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.

Виды дифзащиты

Рассматриваемая здесь дифференциальная токовая защита может исполняться в двух видах: как продольно действующая, с одной стороны, и работающая по схеме «поперечного» включения, с другой. В первом случае защищаемая обмотка трехфазного трансформатора или двигателя включается в разрыв между двумя сравнивающими дифференциальными катушками устройства защиты дзт (смотрите рисунок ниже по тексту).

Схема продольной защиты

Максимальная токовая защита

Из этого рисунка видно, что катушки трёх исполнительных реле располагаются между началом и концом обмоток каждой из фаз электропитания.

В отличие от продольной системы, поперечная защита предполагает параллельное включение тех же катушек и основана на учёте разности протекающих в них токов.

Необходимое пояснение. Этот пример подходит лишь для случая, когда рассматривается дифференциальная защита трансформатора, трехфазного двигателя или генератора.

Для всех других типов потребителей и нагрузок схема её включения будет немного отличаться от исходной.

Вторичная катушка исполнительного реле размещается в этой схеме в разрыве нейтральных проводов обмоток статора, то есть так, как это изображено на приводимом ниже рисунке.

Схема поперечной защиты

Продольная дифференциальная защита имеет следующие неоспоримые преимущества:

• Неплохой показатель селективности;
• Может применяться с другими видами защиты;
• Система безотказна в работе и имеет высокое быстродействие.

К её недостаткам относится снижение эффективности действия при большой протяженности контролируемых линий.

Назначение и принцип действия ДЗШ–110 (220) кВ.

Дифференциальная токовая защита шин 110 (220) кВ (далее ДЗШ) предназначена для отключения без выдержки времени всех видов повреждений, возникающих на системах шин 110 (220) кВ. Защита выполнена на дифференциальных реле, включенных на геометрическую сумму токов трансформаторов тока присоединений 110 (220) кВ.

Принцип действия дифференциальной токовой защиты основан на сравнении величины и фазы токов от ТТ всех присоединений, зафиксированных на данной системе шин. В нормальном режиме и при токах внешних КЗ, геометрическая сумма токов, протекающих через ТТ, близка к нулю (имеется ток небаланса

). При КЗ в защищаемой зоне направление и величина токов изменяются, и в дифференциальном реле возникает ток, достаточный для срабатывания защиты.

В зону действия защиты входят шины 110 (220) кВ и оборудование присоединений 110 (220) кВ, ограниченное ТТ. Для нормальной схемы ОРУ-110 (220) кВ (схема ОВ-110 (220) кВ разобрана разъединителями) ТТ ОВ-110 (220) кВ исключены из схемы ДЗШ, отключение ОВ-110 (220) кВ от ДЗШ выведено накладкой.

Защита состоит из общего пускового и двух избирательных органов. При повреждении в защищаемой зоне любой системы шин срабатывают пусковой орган ДЗШ, а срабатыванием избирательного органа определяется поврежденная СШ-110 (220) кВ, в результате чего защита действует на отключение всех присоединений поврежденной системы шин.

При нарушении фиксации присоединений токи в плечах ДЗШ не балансируются и в избирательных органах протекает повышенный ток небаланса, вследствие чего защита может неправильно выбрать систему шин или отказать в действии. Для обеспечения правильной работы ДЗШ кВ при нарушении фиксации присоединений 110 (220) кВ необходимо избирательные органы выводить из действия. Защита шин в этом случае осуществляется только пусковым органом, который при возникновении повреждения подает импульс на отключение присоединений обеих систем шин. Вывод избирателей при нарушении фиксации производится рубильником Р2 — «ДЗШ без фиксации по оперативным цепям» на панели ДЗШ, рубильником или блоком БИ в шкафу ДЗШ на ОРУ-110 (220) кВ.

Нормально ДЗШ должна быть включена действием на отключение выключателей всех присоединений, по которым на шины может быть подано напряжение. С присоединений, постоянно работающих в тупиковом режиме (за исключением линий с двигательной нагрузкой), действие ДЗШ должно быть снято.

Для обеспечения чувствительности в режиме автоматического опробования системы шин после отключения короткого замыкания на шинах, ДЗШ дополнена чувствительным комплектом дифференциальной защиты шин 110 (220) кВ.

После отключения от ДЗШ выключателей присоединений систем шин, происходит их автоматическое повторное включение, для чего используются имеющиеся на указанных присоединениях устройства АПВ.

АПВ шин осуществляется в порядке, определяемом временем АПВ присоединений.

В ДЗШ имеется чувствительный комплект, нормально выведенный из работы. Чувствительный комплект вводится кратковременно, автоматически при срабатывании ДЗШ для надёжного отключения от ДЗШ первого опробующего шины присоединения при неуспешном АПВ СШ-110 (220) кВ, с запретом АПВ остальных присоединений данной СШ.

В нормальном режиме в токовых цепях реле ДЗШ протекает ток небаланса, который должен контролироваться с помощью миллиамперметра, установленного на панели ДЗШ. Величина тока небаланса не должна превышать 30-50 мА (в зависимости от местных условий может быть снижена до 20 мА).

В ДЗШ имеется устройство автоматического контроля целостности токовых цепей. При неисправностях токовых цепей, вызванных обрывом провода или ошибочном исключении трансформатора тока присоединения из схемы ДЗШ, автоматически с выдержкой времени 10÷20 секунд снимается “плюс” оперативного тока со схемы ДЗШ и выпадает блинкер РУ– «Неисправность токовых цепей ДЗШ», РУ – «Отсутствие оперативного тока ДЗШ» и загорается лампа ЛС – «Блинкер не поднят» на панели ДЗШ, а также загорается сигнальное табло «Неисправность ДЗШ» на панели ЦС.

Для возврата схемы в рабочее состояние после устранения неисправности необходимо нажать кнопку К2 – «Возврат схемы» на панели ДЗШ.

В режиме опробования обходной СШ от ОВ или 1 (2) СШ от ШСВ на ДЗШ должна быть введены накладка «Замедление ДЗШ при включении ОВ» или накладка «Замедление ДЗШ при включении ШСВ» соответственно. Введением этих накладок достигается следующее: при включении ключом управления выключателя (команда «включить») происходит кратковременная (до 1 сек) Замедление действия ДЗШ на отключение выключателей всех присоединений, кроме включаемого ОВ или ШСВ, чем предотвращается обесточение СШ в случае включения на КЗ.

Выбор типа защиты

Трансформаторы и автотрансформаторы, в частности, как относящиеся к одному из подвидов, надежны и конструктивно правильны с точки зрения того, что в них не присутствуют вращающиеся и движущиеся части. Это позволяет избежать внешних ударов и сколов, которые привели бы к повреждению внутренней части.

Также использование блока в качестве основного элемента конструкции позволяет избежать перемещений деталей внутри во время смены положения или передвижения. Но несмотря на это во время эксплуатации нельзя полностью защитить тс от нарушения стабильных режимов работы и внутренних повреждений. Для избежания этой проблемы оборудованию придается специальная релейная защита.

Также в конструкции устройства могут возникать короткие фазовые замыкания. При этом может быть действия между одними фазами, расположенными по соседству, или же между одной или двумя на землю. Также распространены проблемы, касающиеся возникновения коротких замыканий между обмотками с разными напряжениями и между витками одной фазы. Возникают кз и на поверхности шин, на вводах и кабелях.

Безусловно, избавление от замыканий и защита от них потенциально убережет специалистов от получения травм, связанных с токовым импульсом. Но и, кроме этого, по технике безопасности говорится, что защита трансформаторов необходима со стороны оберегания самих механизмов от повреждений, загорания, а окружающих предметов от пожаробезопасной ситуации, которая может возникнуть при поломке.

Выбор средств защиты происходит в зависимости от имеющихся проблем. Но в любом случае трансформатор оснащается определенными кожухами, носящими первичный характер. Остальные средства защиты подбирают, судя по мощности, конструкции и типологии возникающих проблем в устройствах данного типа.

Принцип действия

Принцип действия, на основании которого работает дифференциальная защита, состоит в сравнении токовых сигналов, протекающих через систему в прямом и обратном направлении. Для регистрации этих величин в устройстве предусмотрены встроенные дифференциальные трансформаторы, формирующие соответствующие по величине магнитные поля. В их вторичные цепи включены реле, обеспечивающие выделение разницы токовых составляющих, протекающих в каждом из направлений, по величине создаваемого ими поля.

В нормальном режиме работы оборудования разница этих составляющих равна нулю, поскольку втекающий в нагрузку ток равен вытекающему. При появлении посторонних утечек, связанных с пробоем изоляции или замыканием токопроводящих частей на землю, баланс токов в дифференциальных трансформаторах сразу же нарушается.

В результате этого исполнительное реле срабатывает, а дифференциальная защита мгновенно отключает устройство-потребитель от питающей линии (смотрите фото ниже).

Принцип срабатывания защиты

В реальных условиях через обмотки исполнительного прибора (реле) всегда протекает небольшой ток, называемый небалансным, присутствие которого объясняется следующими причинами:

• Трансформаторы тока всегда отличаются по своим обмоточным характеристикам. Для снижения влияния этого отличия такие изделия при производстве подбираются попарно;
• Определённое влияние на дифференциальный процесс оказывают токи намагничивания, обычно присутствующие в обмотках двигателя или трансформатора. С целью учета данного фактора ток срабатывания реле устанавливается с некоторым запасом;
• Неодинаковость схемных решений, применяемых при формировании контролируемого трансформатора (двигателя).

С учётом всего сказанного в современной дифференциальной аппаратуре используются специальные микропроцессорные системы, способные выявлять эту разницу автоматически и своевременно компенсировать её.

Как работает дифференциальная защита трансформатора

Ответ необходимо искать в самом понятии «дифференциальная» («диф. защита»), обозначающим разницу (неодинаковость) каких-либо факторов или параметров между собой. В случае дифференциальной защиты трансформатора (продольной по своей сути) в качестве этих параметров выступают токи вторичных обмоток трансформаторов тока. Трансформаторы тока устанавливаются в начале и в конце защищаемого участка. К примеру, на высшей и низшей сторонах силового трансформатора.

Схема подключения токового реле, выступающего здесь в роли исполнительного механизма, собрана таким образом, что разница токов вторичных обмоток (величина тока, протекающего через обмотку токового реле, далее именуемая просто «величина»), поступающая на его обмотку, является сигналом для срабатывания вышеназванного реле.

При нормальном режиме работы трансформатора токи направлены встречно друг к другу и величина равна нулю. При аварийном режиме токи сонаправлены, и величина становится достаточной для срабатывания токового реле, которое тут же выдаст сигнал на отключение повреждённого элемента цепи. В этом и заключается теоретическая суть работы дифзащиты трансформатора.

На практике всё обстоит немного иначе:

• Величина отличается от нуля даже в случае нормальной работы трансформатора. Так как имеет место протекание тока небаланса, в следствии разности технических параметров трансформаторов тока, воздействия намагничивающего тока, индуцируемого в обмотках трансформатора, а также соединения первичной и вторичной обмоток защищаемого трансформатора различными способами (звездой и треугольником). Правда, последняя проблема разрешима с помощью установки микропроцессорных устройств, вносящих необходимую корректировку.
• Дифференциальная защита способна осуществлять защиту трансформатора лишь при возникновении междуфазного короткого замыкания, межвиткового короткого замыкания и в случае замыкания фаз на землю. При внешних коротких замыканиях она бесполезна, а также способна производить ненужные отключения при разрывах соединений вторичных цепей.
• Областью действия дифзащиты охвачено место установки трансформаторов тока, включающее в себя ошиновки СН (среднего напряжения) и НН (низкого напряжения), а также место присоединения ТСН (трансформатора собственных нужд) к мосту НН.
• Дифференциальная защита реальных объектов требует точной и тщательной настройки с целью исключения случаев ложного срабатывания.

Монтаж

Монтаж на электростанциях, независимо от видов ЗОНа, производится по следующему алгоритму:

1. Подготовка плоскостей конструкций для установки опоры. Они должны быть ровными, так как небольшая неровность увеличивает риски возникновения сбоев в работе.
2. Затем происходит установка заземлителя на подготовленную ранее поверхность.
3. Крепежные элементы должны быть установлены плотно в специальных отверстиях.
4. После этого их необходимо крепко затянуть.
5. Затем происходит установка привода. Он присоединяется к ЗОНу трансформатора посредством сварки концов тяги с осью и вставкой.
6. Отрегулировать тягой изоляционное расстояние. Оно должно быть равно 8,9 см и более.
7. Произвести пробный запуск заземлителя.
8. Соединить подводящую шину с выводом заземлителя.
9. Затем необходимо удалить пыль с изолятора. Для этого нередко используют обычный растворитель для краски.
10. После завершения монтажа производится шлифовка и окраска монтажных швов.
11. Затем все соединения обрабатывают смазкой.

Дифзащита трансформаторов применяется для предотвращения аварийных и ненормальных режимов работы при возникновении короткого замыкания между фазами, межвитковых КЗ и замыкания одной или более фаз на землю.

Дифзащита применяется как основный вид автоматического отключения для мощных трансформаторов и для трансформаторов меньшей мощности, в случае если другие виды защиты не обеспечивают требуемого быстродействия.

Принцип работы дифференциальной защиты заключается в сравнении токов входящих и выходящих из трансформатора,и отключении трансформатора при неравенстве токов.

Конструктивно дифзащита включает в себя (Рис. 1) два трансформатора тока ТТ₁ и ТТ₂ включенных по высокому и низкому напряжению и реле автоматики А. Коэффициент преобразования измерительных трансформаторов подобран так, что при возникновении короткого замыкания вне защищаемого участка (Рис.1 слева), результирующий ток проходящий через реле был равный нулю.

Рис. 1

При возникновении короткого замыкания возникает асимметрия втекающих и вытекающих токов (Рис. 1 справа). Через реле протекает ток, включающий схему защитного отключения. Высокая избирательность дифференциальной системы не требует реле времени, т.к. защита включается в идеальном случае только при внутренних КЗ.

В реальных условиях требуется настройка дифзащиты трансформатора для исключения ложного срабатывания.

При подаче напряжения на входные обмотки трансформатора возникает ток подмагничивания, вызывающий неравенство входных и выходных токов. Ток подмагничивания имеет вид затухающих колебаний.

Без нагрузки это влияние достаточно мало и составляет не более одного процента. При включении трансформатора с нагрузкой или восстановлении работы энергосистемы после замыкания,  разность токов может привести к срабатыванию защиты.

Для компенсации этого явления ток включения дифзащиты выбирают большим, чем ток подмагничивания. Загрубление тока срабатывания может привести к несрабатыванию защиты даже при наличии КЗ внутри трансформатора.

Исключить влияния тока подмагничивания можно при помощи искусственной блокировки защиты при подключении высокого напряжения.

При возникновении повреждения трансформатора или замыкания его выводов при блокированном автоматическом отключении задержка может привести к аварии.

В случае, когда указанные способы отстройки дифзащиты неприменимы из-за недостатков, используют трансформаторы тока с быстронасыщаемым магнитопроводом, которые не реагирует на быстротечные колебания подмагничивающего тока.

Для правильной работы измерительных схемы необходимо чтобы фаза втекающих и вытекающих токов совпадала.

Для компенсации фазового сдвига обмотки токовых трансформаторов включаются по такой же схеме, как и защищаемый трансформатор. В случае использования схемы соединения  обмоток «треугольник»/«звезда», трансформаторы тока включаются по обратной схеме – на входе «звезда», на выходе – «треугольник».

На линии, соединяющие трансформаторы тока с исполнительными цепями автоматики, возможны влияния помех, приводящих к ложным срабатываниям защиты. Для предотвращения этого измерительные цепи должны быть надежно экранированы. Зачастую дифзащиту устанавливают на отдельно расположенных трансформаторах для исключения влияния помех от смежных устройств энергетики.

Коэффициенты трансформации измерительных цепей должны обеспечивать равенство токов на входе и на выходе. На практике это условие недостижимо, потому трансформаторы токов выпускаются со стандартными напряжениями. Для этого в измерительные цепи вводят согласующие трансформаторы и автотрансформаторы.

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.