Диференциална защита на шинна система

Определение диференциалната защита на шината

Диференциалната защита на шината е схема, която бързо изолира дефектите, като сравнява входящите и изходящите токове от шината, използвайки закон за тока на Кирхоф.

Диференциална защита по ток

Схемата за защита на шината включва закона за тока на Кирхоф, който гласи, че общият ток, влизащ в електрическия възел, е точно равен на общият ток, излизащ от възела. Следователно, общият ток, влизащ в секция на шината, е равен на общият ток, излизащ от секцията на шината.

Принципът на диференциалната защита на шината е много прост. Тук вторичните обикновения на ТТ са свързани паралелно. Това означава, че S1 терминалите на всички ТТ са свързани заедно и формират шина. Подобно, S2 терминалите на всички ТТ са свързани заедно, за да формират друга шина. Реле за изключване е свързано между тези две шини.

 В горната фигура допускаме, че при нормални условия, подхранванията A, B, C, D, E и F пренасят ток IA, IB, IC, ID, IE и IF. Сега, според закона за тока на Кирхоф,

 Основно всички ТТ, използвани за диференциална защита на шината, имат еднакво отношение на тока. Следователно, сумата от всички вторични токове трябва също да е равна на нула.

 Сега, кажете, че токът през реле, свързано паралелно с всички вторични обикновения на ТТ, е iR, а iA, iB, iC, iD, iE и iF са вторични токове. Сега, нека приложим KCL във възел X. Според KCL във възел X,

 Значи, при нормални условия няма ток, който протича през реле за изключване на защитата на шината. Това реле обикновено се нарича Реле 87. Сега, кажете, че дефект се появи на някой от подхранванията, извън зоната на защитата.

В този случай, дефектният ток ще мине през первичното обикновение на ТТ на това подхранване. Този дефектен ток е внесен от всички други подхранвания, свързани с шината. Следователно, внесената част от дефектния ток протича през съответния ТТ на съответното подхранване. Значи, при това дефектно състояние, ако приложим KCL във възел K, все още ще получим, i R = 0

Това означава, че при външен дефект, няма ток, който протича през реле 87. Сега разгледайте ситуация, когато дефект се появи на самата шина. В това състояние, дефектният ток е внесен от всички подхранвания, свързани с шината. Следователно, в това състояние, сумата от всички внесени дефектни токове е равна на общият дефектен ток.

Сега, в дефектния път няма ТТ. (при външен дефект, както дефектният ток, така и внесените токове към дефекта от различни подхранвания, имат ТТ в пътя си на протичане). Сумата от всички вторични токове вече не е нула. Тя е равна на вторично еквивалент на дефектния ток. Сега, ако приложим KCL във възлите, ще получим ненулева стойност на i R.

 Значи, в това състояние ток започва да протича през реле 87 и то активира изключването на автоматичния ключ, свързан с всички подхранвания, свързани с тази секция на шината.

Тъй като всички входящи и изходящи подхранвания, свързани с тази секция на шината, са изключени, шината става "мъртва". Тази схема за диференциална защита на шината също се нарича диференциална защита по ток на шината.

Секционирана защита на шината

При обяснението на работния принцип на диференциалната защита по ток на шината, показахме проста, нesекционирана шина. Но в умерено високоволтови системи, електрическата шина е разделена на повече от една секция, за да се увеличи стабилността на системата.

Това се прави, защото дефект в една секция на шината не трябва да нарушава друга секция на системата. Следователно, при дефект на шината, цялата шина ще бъде прекъсната. Нека начертаем и обсъдим защитата на шината с две секции.

Тук, секция A или зона A на шината е ограничена от ТТ 1, ТТ2 и ТТ3, където ТТ1 и ТТ2 са ТТ на подхранванията, а ТТ3 е ТТ на шината.

Диференциална защита по напрежение

Схемата за диференциална защита по ток е чувствителна само когато ТТ-тата не са насищани и поддържат едно и също отношение на тока, грешка на фазовия ъгъл при максимално дефектно състояние. Обикновено това не е 80, особено, при външен дефект на едно от подхранванията. ТТ-тата на дефектното подхранване може да бъде насищана от общия ток и следователно ще има много големи грешки. Поради тези големи грешки, сумата от вторичните токове на всички ТТ в определена зона може да не е нула.

 Следователно, има висока вероятност всички автоматични ключове, свързани с тази зона на защита, да бъдат изключени дори при външен голям дефект. За да се предотврати това неправилно действие на диференциалната защита по ток на шината, реле 87 са осигурени с високо ниво на включване и достатъчен времеви интервал. Най-голямата проблемна причина за наситяването на трансформаторите на тока е преходната DC компонента на тока на късо замыкание.

Тези трудности могат да бъдат преодолени, като се използват ТТ с въздушно ядро. Този трансформатор на тока се нарича линейно копие. Тъй като ядрото на ТТ не използва желязо, вторичната характеристика на тези ТТ е права линия. В диференциалната защита по напрежение на шината, ТТ-тата на всички входящи и изходящи подхранвания са свързани поред, вместо да са свързани паралелно.

Вторичните обикновения на всички ТТ и диференциалното реле формират затворена петля. Ако полярността на всички ТТ е правилно съпоставена, сумата от напрежението върху всички вторични обикновения на ТТ е нула. Следователно, няма резултантно напрежение, което да се появи върху диференциалното реле. Когато се появи дефект на шината, сумата от всички вторични напрежения на ТТ вече не е нула. Следователно, ще има ток, който циркулира в петлята, поради резултантното напрежение. 

Тъй като този петлев ток също протича през диференциалното реле, реле-то се активира, за да изключи всички автоматични ключове, свързани с защитената зона на шината. Освен когато токът на земно замыкание е силно ограничен от нейтралната импеданс, обикновено няма проблем с изборчивост. Когато такъв проблем съществува, той се решава чрез използване на допълнително по-чувствително реле, включително надзорно защитно реле.

Важността на изборчивото изключване

Съвременните системи трябва да изключват само дефектните секции, за да се минимизират прекъсванията на енергията и да се осигури бързо изчистване на дефектите.