پروتکشن دیفرانسیل باربر

تعریف حفاظت دیفرانسیل باربر

حفاظت دیفرانسیل باربر یک روش است که با مقایسه جریان‌های وارد شده و خروجی از باربر با استفاده از قانون جریان کیرچوف، به سرعت خطاهای را جدا می‌کند.

حفاظت دیفرانسیل جریان

طرح حفاظت باربر شامل قانون جریان کیرچوف است که بیان می‌کند، جمع کل جریان‌های وارد شده به گره الکتریکی دقیقاً برابر با جمع کل جریان‌های خروجی از آن گره است. بنابراین، جمع کل جریان‌های وارد شده به بخشی از باربر برابر با جمع کل جریان‌های خروجی از آن بخش است.

اصول حفاظت دیفرانسیل باربر بسیار ساده است. در اینجا، ثانویه‌های CT‌ها موازی متصل می‌شوند. این بدان معناست که، انتهای S1 تمام CT‌ها با هم متصل شده و یک سیم باربر تشکیل می‌دهند. به طور مشابه، انتهای S2 تمام CT‌ها با هم متصل شده تا یک سیم باربر دیگر تشکیل دهند. یک رله قطع‌کننده بین این دو سیم باربر متصل می‌شود.

 در اینجا، در شکل بالا فرض می‌کنیم که در شرایط عادی، پردازنده‌های A، B، C، D، E و F جریان‌های IA، IB، IC، ID، IE و IF را منتقل می‌کنند. حالا، بر اساس قانون جریان کیرچوف،

 بنابراین، تمام CT‌های استفاده شده برای حفاظت دیفرانسیل باربر نسبت جریان یکسانی دارند. بنابراین، جمع کل جریان‌های ثانویه نیز باید صفر باشد.

 حالا، فرض کنید جریان از طریق رله‌ای که با تمام ثانویه‌های CT‌ها موازی متصل شده است، iR است و iA، iB، iC، iD، iE و iF جریان‌های ثانویه هستند. حالا، قانون KCL را در گره X اعمال کنید. بر اساس KCL در گره X،

 پس، واضح است که در شرایط عادی هیچ جریانی از طریق رله قطع‌کننده حفاظت باربر عبور نمی‌کند. این رله معمولاً به عنوان رله 87 شناخته می‌شود. حالا، فرض کنید خطایی در یکی از پردازنده‌ها، خارج از منطقه محافظت شده، رخ داده است.

در آن صورت، جریان خطا از طریق ابتدایی CT آن پردازنده عبور می‌کند. این جریان خطا توسط تمام پردازنده‌های متصل به باربر ایجاد می‌شود. بنابراین، بخش مشارکتی جریان خطا از طریق CT مربوط به پردازنده مربوطه عبور می‌کند. بنابراین در آن شرایط خطا، اگر KCL را در گره K اعمال کنیم، همچنان خواهیم داشت، i R = 0

این بدان معناست که در شرایط خطا خارجی، هیچ جریانی از طریق رله 87 عبور نمی‌کند. حالا وضعیتی را در نظر بگیرید که خطا در خود باربر رخ داده است. در این شرایط نیز جریان خطا توسط تمام پردازنده‌های متصل به باربر ایجاد می‌شود. بنابراین، در این شرایط، جمع کل جریان‌های مشارکتی برابر با جریان خطا کل است.

در مسیر خطا هیچ CTی وجود ندارد. (در خطا خارجی، هم جریان خطا و هم جریان مشارکتی به خطا توسط پردازنده‌های مختلف CT در مسیر جریان خود دارند). جمع کل جریان‌های ثانویه دیگر صفر نیست. این برابر با معادل ثانویه جریان خطا است. حالا، اگر KCL را در گره‌ها اعمال کنیم، مقدار غیرصفری از i R خواهیم داشت.

 پس در این شرایط جریان از طریق رله 87 شروع به جریان می‌کند و موجب قطع مداربرکننده‌های مربوط به تمام پردازنده‌های متصل به این بخش از باربر می‌شود.

با قطع تمام پردازنده‌های ورودی و خروجی متصل به این بخش از باربر، باربر مرده می‌شود. این طرح حفاظت دیفرانسیل باربر نیز به عنوان حفاظت دیفرانسیل جریان باربر شناخته می‌شود.

حفاظت باربر تقسیم‌بندی شده

در توضیح اصول عملکرد حفاظت دیفرانسیل جریان باربر، یک باربر ساده غیرتقسیم‌بندی شده را نشان دادیم. اما در سیستم‌های ولتاژ متوسط بالا، باربر به بیش از یک بخش تقسیم می‌شود تا پایداری سیستم افزایش یابد.

این امر به این دلیل انجام می‌شود که، خطا در یک بخش از باربر نباید بخش‌های دیگر سیستم را اختلال دهد. بنابراین در زمان خطا در باربر، کل باربر قطع می‌شود. بیایید یک باربر با دو بخش را رسم و بحث کنیم.

در اینجا، بخش A باربر یا منطقه A توسط CT 1، CT2 و CT3 محدود شده است که CT1 و CT2 CT‌های پردازنده هستند و CT3 CT باربر است.

حفاظت دیفرانسیل ولتاژ

طرح دیفرانسیل جریان فقط در زمانی حساس است که CT‌ها اشباع نشده و نسبت جریان یکسان و خطای زاویه فاز تحت شرایط خطا بیشینه حفظ می‌کنند. این معمولاً 80 نیست، به ویژه در مورد خطا خارجی در یکی از پردازنده‌ها. CT روی پردازنده خراب شده ممکن است توسط جریان کل اشباع شود و در نتیجه خطای بسیار بزرگی خواهد داشت. به دلیل این خطای بزرگ، جمع کل جریان‌های ثانویه CT‌ها در یک منطقه خاص ممکن است صفر نباشد.

 بنابراین ممکن است احتمال بالایی برای قطع کل مداربرکننده‌های مرتبط با این منطقه محافظت شده حتی در مورد یک خطا خارجی بزرگ وجود داشته باشد. برای جلوگیری از این عملکرد نادرست حفاظت دیفرانسیل باربر جریان، رله‌های 87 با جریان پیک بالا و تأخیر کافی تجهیز شده‌اند. عامل بزرگ تoublesome اشباع CT جریان مؤقت DC مولفه خودکار جریان کوتاه مدار است.

این مشکلات می‌توانند با استفاده از CT‌های هوا-هسته حل شوند. این CT نیز خطی‌ساز نامیده می‌شود. چون هسته CT از آهن استفاده نمی‌کند، مشخصه ثانویه این CT‌ها خط مستقیم است. در حفاظت دیفرانسیل ولتاژ باربر، CT‌های تمام پردازنده‌های ورودی و خروجی به جای اتصال موازی به صورت سری متصل می‌شوند.

ثانویه‌های تمام CT‌ها و رله دیفرانسیل یک حلقه بسته را تشکیل می‌دهند. اگر قطبیت تمام CT‌ها به درستی تطابق داده شده باشد، جمع ولتاژ تمام ثانویه‌های CT صفر است. بنابراین هیچ ولتاژ نتیجه‌ای در رله دیفرانسیل ظاهر نمی‌شود. وقتی خطا در باربر رخ می‌دهد، جمع تمام ولتاژ‌های ثانویه CT دیگر صفر نیست. بنابراین، به دلیل ولتاژ نتیجه‌ای، جریانی در حلقه جریان می‌یابد. 

چون این جریان حلقه نیز از طریق رله دیفرانسیل عبور می‌کند، رله برای قطع تمام مداربرکننده‌های مرتبط با منطقه باربر محافظت شده عمل می‌کند. به جز زمانی که جریان خطا زمینی به طور شدید با امپدانس میانه محدود شده است، معمولاً مشکل انتخابی وجود ندارد. وقتی چنین مشکلی وجود دارد، با استفاده از تجهیزات رله‌ای حساس‌تر اضافی شامل یک رله محافظ نظارتی حل می‌شود.

اهمیت جدا کردن انتخابی

سیستم‌های مدرن نیاز دارند تنها بخش‌های خراب را برای حداقل کردن قطع برق و تضمین رفع سریع خطا جدا کنند.