Дифференциальная защита шин

Определение дифференциальной защиты шин

Дифференциальная защита шин - это схема, которая быстро изолирует неисправности, сравнивая входящие и исходящие токи шины с использованием закона Кирхгофа для токов.

Токовая дифференциальная защита

Схема защиты шин включает закон Кирхгофа для токов, который гласит, что суммарный ток, входящий в электрическую узловую точку, точно равен суммарному току, выходящему из этой точки. Таким образом, суммарный ток, входящий в секцию шины, равен суммарному току, выходящему из секции шины.

Принцип дифференциальной защиты шин очень прост. Здесь вторичные обмотки ТТ подключены параллельно. Это означает, что S1-терминалы всех ТТ соединены вместе и образуют шину. Аналогично, S2-терминалы всех ТТ также соединены вместе, образуя другую шину. Реле отключения подключено между этими двумя шинами.

 На приведенном выше рисунке предполагается, что при нормальных условиях питания A, B, C, D, E и F проходят токи IA, IB, IC, ID, IE и IF. Согласно закону Кирхгофа для токов,

 Все ТТ, используемые для дифференциальной защиты шин, имеют одинаковое передаточное отношение. Поэтому сумма всех вторичных токов также должна быть равна нулю.

 Предположим, что ток через реле, подключенное параллельно всем вторичным обмоткам ТТ, составляет iR, а iA, iB, iC, iD, iE и iF - это вторичные токи. Теперь применим закон Кирхгофа к узлу X. Согласно закону Кирхгофа на узле X,

 Таким образом, очевидно, что при нормальных условиях ток через реле дифференциальной защиты шин не протекает. Это реле обычно называют реле 87. Теперь предположим, что произошла неисправность на одном из питающих линий вне защищаемой зоны.

В этом случае неисправный ток пройдет через первичную обмотку ТТ этого питающего линии. Этот неисправный ток создается всеми другими питающими линиями, подключенными к шине. Таким образом, часть неисправного тока, созданная соответствующим питающим линием, будет проходить через соответствующий ТТ. Поэтому, если мы применим закон Кирхгофа к узлу K, мы все еще получим, что i R = 0

Это означает, что при внешней неисправности ток через реле 87 не протекает. Теперь рассмотрим ситуацию, когда неисправность происходит на самой шине. В этом случае неисправный ток также создается всеми питающими линиями, подключенными к шине. Таким образом, сумма всех частей неисправного тока, созданных питающими линиями, равна общему неисправному току.

Теперь, на пути неисправности нет ТТ. (при внешней неисправности как неисправный ток, так и вклад в неисправный ток от различных питающих линий проходят через ТТ). Сумма всех вторичных токов больше не равна нулю. Она равна вторичному эквиваленту неисправного тока. Теперь, если мы применим закон Кирхгофа к узлам, мы получим ненулевое значение i R.

 Таким образом, в этом случае ток начинает протекать через реле 87, и оно отключает выключатели, соответствующие всем питающим линиям, подключенным к этому участку шины.

Поскольку все входящие и исходящие питающие линии, подключенные к этому участку шины, отключены, шина становится бездействующей. Эта схема дифференциальной защиты шин также называется токовой дифференциальной защитой шины.

Разделенная защита шин

При объяснении принципа работы токовой дифференциальной защиты шин мы показали простую неразделенную шину. Однако в системах среднего и высокого напряжения шины разделены на несколько секций для повышения устойчивости системы.

Это делается потому, что неисправность в одной секции шины не должна влиять на другие секции системы. Таким образом, при неисправности шины вся шина будет отключена. Давайте нарисуем и обсудим защиту шины, разделенной на две секции.

Здесь секция шины A или зона A ограничена ТТ 1, ТТ 2 и ТТ 3, где ТТ 1 и ТТ 2 - это ТТ питающих линий, а ТТ 3 - это ТТ шины.

Напряженческая дифференциальная защита

Токовая дифференциальная схема чувствительна только тогда, когда ТТ не насыщаются и сохраняют одно и то же передаточное отношение, фазовый угол ошибки при максимальной неисправности. Обычно это не так, особенно в случае внешней неисправности на одной из питающих линий. ТТ на неисправной питающей линии может быть насыщен полным током, и, следовательно, он будет иметь большие ошибки. Из-за этих больших ошибок сумма вторичных токов всех ТТ в данной зоне может не быть равна нулю.

 Поэтому есть высокая вероятность отключения всех выключателей, связанных с этой зоной защиты, даже при внешней большой неисправности. Чтобы предотвратить эту неправильную работу токовой дифференциальной защиты шин, реле 87 оснащены высоким значением тока срабатывания и достаточной задержкой. Наибольшая проблема, вызывающая насыщение трансформаторов тока, - это переходный постоянный компонент тока короткого замыкания.

Эти трудности можно преодолеть, используя трансформаторы тока с воздушным сердечником. Такой трансформатор тока также называется линейным согласующим устройством. Поскольку сердечник ТТ не содержит железа, его вторичная характеристика представляет собой прямую линию. В напряженческой дифференциальной защите шин все ТТ входящих и исходящих питающих линий подключены последовательно, а не параллельно.

Вторичные обмотки всех ТТ и дифференциальное реле образуют замкнутую цепь. Если полярность всех ТТ правильно совпадает, сумма напряжений на всех вторичных обмотках ТТ равна нулю. Таким образом, результирующее напряжение на дифференциальном реле не появляется. Когда происходит неисправность шины, сумма напряжений на всех вторичных обмотках ТТ больше не равна нулю. Поэтому в цепи возникает циркулирующий ток из-за результирующего напряжения. 

Поскольку этот циркулирующий ток также проходит через дифференциальное реле, реле срабатывает, отключая все выключатели, связанные с защищаемой зоной шины. За исключением случаев, когда ток заземления сильно ограничен импедансом нейтрали, обычно нет проблемы селективности. Если такая проблема существует, она решается с помощью дополнительного более чувствительного релейного оборудования, включая надзорное реле защиты.

Важность селективного отключения

Современные системы требуют отключения только неисправных секций, чтобы минимизировать перебои в подаче электроэнергии и обеспечить быстрое устранение неисправностей.