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 کیرشهف، خطاهای را سریعاً جدا می‌کند.

حفاظت دیفرانسیل جریان

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

اصل حفاظت دیفرانسیل باربر بسیار ساده است. در اینجا، ثانویه‌های ترانسفورماتورهای جریان به صورت موازی متصل می‌شوند. این بدان معناست که، سطح S1 تمامی ترانسفورماتورهای جریان با هم متصل می‌شوند و یک سیم باربر را تشکیل می‌دهند. به طور مشابه، سطوح S2 تمامی ترانسفورماتورهای جریان نیز با هم متصل می‌شوند تا یک سیم باربر دیگر را تشکیل دهند. یک رله قطع به صورت موازی با این دو سیم باربر متصل می‌شود.

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

 به طور کلی، تمامی ترانسفورماتورهای جریان استفاده شده برای حفاظت دیفرانسیل باربر دارای نسبت جریان یکسان هستند. بنابراین، جمع تمامی جریان‌های ثانویه نیز باید صفر باشد.

 حالا، بگذارید جریان عبوری از رله که به صورت موازی با تمامی ثانویه‌های ترانسفورماتورهای جریان متصل شده است، iR باشد، و iA، iB، iC، iD، iE و iF جریان‌های ثانویه باشند. حالا، بگذارید KCL را در گره X اعمال کنیم. بر اساس KCL در گره X،

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

در آن صورت، جریان خطا از طریق اولیه ترانسفورماتور جریان آن پرداخت عبور می‌کند. این جریان خطا توسط تمامی پرداخت‌های دیگر متصل به باربر تأمین می‌شود. بنابراین، بخش مشارکتی جریان خطا از طریق ترانسفورماتور جریان مربوط به آن پرداخت 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 یک وضعیت را در نظر بگیرید که خطایی در خود باربر رخ دهد. در این شرایط نیز جریان خطا توسط تمامی پرداخت‌های متصل به باربر تأمین می‌شود. بنابراین، در این شرایط، جمع تمامی جریان‌های مشارکتی خطا با جریان خطا کلی برابر است.

حالا، در مسیر خطا هیچ ترانسفورماتور جریانی وجود ندارد. (در خطا خارجی، هر دو جریان خطا و جریان مشارکتی به خطا توسط پرداخت‌های مختلف از طریق ترانسفورماتور جریان عبور می‌کنند). جمع تمامی جریان‌های ثانویه دیگر صفر نیست. این با جریان ثانویه معادل خطا برابر است. حالا، اگر KCL را در گره‌ها اعمال کنیم، یک مقدار غیر صفر برای i R خواهیم داشت.

 بنابراین در این شرایط جریان از طریق رله 87 شروع می‌کند و موجب قطع می‌شود که مداربرهای مربوط به تمامی پرداخت‌های متصل به این بخش باربر قطع شوند.

از آنجا که تمامی پرداخت‌های ورودی و خروجی متصل به این بخش باربر قطع می‌شوند، باربر مرده می‌شود. این طرح حفاظت دیفرانسیل باربر نیز به عنوان حفاظت دیفرانسیل جریان باربر شناخته می‌شود.

حفاظت باربر بخش‌بندی شده

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

این کار انجام می‌شود زیرا خطا در یک بخش باربر نباید بخش دیگر سیستم را مختل کند. بنابراین در زمان خطا در باربر، کل باربر قطع می‌شود. بیایید یک باربر با دو بخش را رسم کرده و درباره حفاظت آن صحبت کنیم.

در اینجا، بخش باربر A یا منطقه A توسط CT 1، CT2 و CT3 محصور شده است که CT1 و CT2 ترانسفورماتورهای جریان پرداخت‌ها هستند و CT3 ترانسفورماتور جریان باربر است.

حفاظت دیفرانسیل ولتاژ

طرح دیفرانسیل جریان فقط در صورتی حساس است که ترانسفورماتورهای جریان اشباع نشده باشند و تحت شرایط خطا بیشینه نسبت جریان و خطای زاویه‌ای یکسان را حفظ کنند. این معمولاً در 80 نیست، به ویژه در صورت خطا خارجی در یکی از پرداخت‌ها. ترانسفورماتور جریان در پرداخت خطا ممکن است توسط جریان کلی اشباع شود و در نتیجه خطاهای بسیار بزرگی داشته باشد. به دلیل این خطای بزرگ، جمع جریان‌های ثانویه تمامی ترانسفورماتورهای جریان در یک منطقه خاص ممکن است صفر نباشد.

 بنابراین ممکن است احتمال بالایی برای قطع مداربرهای مرتبط با این منطقه حفاظتی حتی در صورت 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 فراهم می‌شوند. مشکل بزرگ‌ترین عامل اشباع ترانسفورماتور جریان مولفه DC موقتی جریان خطا است.

این مشکلات می‌توانند با استفاده از ترانسفورماتورهای جریان هسته هوایی حل شوند. این ترانسفورماتور جریان نیز به عنوان لینکر خطی شناخته می‌شود. چون هسته ترانسفورماتور از آهن استفاده نمی‌کند، مشخصه ثانویه این ترانسفورماتورها خط مستقیم است. در حفاظت دیفرانسیل ولتاژ باربر، ترانسفورماتورهای جریان تمامی پرداخت‌های ورودی و خروجی به صورت سری به جای موازی متصل می‌شوند.

ثانویه‌های تمامی ترانسفورماتورهای جریان و رله دیفرانسیل یک حلقه بسته را تشکیل می‌دهند. اگر قطبیت تمامی ترانسفورماتورهای جریان به درستی تطابق داده شده باشد، جمع ولتاژ روی تمامی ثانویه‌های ترانسفورماتور جریان صفر است. بنابراین هیچ ولتاژ نتیجه‌ای روی رله دیفرانسیل ظاهر نخواهد شد. وقتی خطا در باربر رخ می‌دهد، جمع تمامی ولتاژ ثانویه‌های ترانسفورماتور جریان دیگر صفر نیست. بنابراین، به دلیل ولتاژ نتیجه‌ای، جریانی در حلقه ایجاد می‌شود.

از آنجا که این جریان حلقه نیز از طریق رله دیفرانسیل عبور می‌کند، رله عمل می‌کند تا تمامی مداربرهای مرتبط با منطقه باربر محافظت شده را قطع کند. به جز زمانی که جریان خطا زمینی توسط مانع میانی خنثی محدود شده باشد، معمولاً هیچ مشکل انتخابی وجود ندارد. اگر چنین مشکلی وجود داشته باشد، با استفاده از تجهیزات رله‌ای حساس‌تر اضافی از جمله یک رله محافظ نظارتی حل می‌شود.

اهمیت جدا کردن انتخابی

سیستم‌های مدرن نیاز دارند تنها بخش‌های خراب را جدا کنند تا اختلالات تغذیه را حداقل کرده و خطا را سریعاً رفع کنند.