Диференційна захиста шини

Визначення диференціального захисту шин

Диференціальний захист шин — це схема, яка швидко ізольує аварії, порівнюючи струми, що входять та виходять з шин, за допомогою закону Кірхгофа для струмів.

Диференціальний захист струму

Схема захисту шин використовує закон Кірхгофа для струмів, який стверджує, що загальний струм, що входить до електричного вузла, дорівнює загальному струму, що виходить з вузла. Тому загальний струм, що входить до секції шин, дорівнює загальному струму, що виходить з секції шин.

Принцип диференціального захисту шин дуже простий. Тут вторинні обмотки ТТ підключені паралельно. Це означає, що S1-термінали всіх ТТ підключені разом і утворюють шину. Аналогічно, S2-термінали всіх ТТ підключені разом, формуючи іншу шину. Реле відключення підключено між цими двома шинами.

 На малюнку вище припустимо, що в нормальних умовах лінії A, B, C, D, E і F носіть струми IA, IB, IC, ID, IE і IF. Тепер, згідно з законом Кірхгофа для струмів,

 Усі ТТ, використані для диференціального захисту шин, мають однаковий коефіцієнт трансформації. Тому, сума всіх вторинних струмів також повинна дорівнювати нулю.

 Нехай струм через реле, підключене паралельно до всіх вторинних обмоток ТТ, становить iR, а iA, iB, iC, iD, iE і iF — вторинні струми. Застосуємо закон Кірхгофа для струмів в вузлі X. За законом Кірхгофа в вузлі X,

 Таким чином, очевидно, що в нормальних умовах жоден струм не проходить через реле захисту шин. Це реле зазвичай називають реле 87. Припустимо, що аварія відбулася на одному з ліній, поза захищеною зоною.

У цьому випадку, аварійний струм пройде через первинну обмотку ТТ цієї лінії. Цей аварійний струм постає завдяки всім іншим лініям, підключеним до шин. Тому, частина аварійного струму пройде через відповідний ТТ цієї лінії. Отже, у цих аварійних умовах, якщо застосувати закон Кірхгофа для струмів в вузлі K, ми отримаємо, i R = 0

Це означає, що при зовнішній аварії, немає струму, що проходить через реле 87. Тепер розглянемо ситуацію, коли аварія відбулася саме на шинах. У цьому випадку, аварійний струм також постає завдяки всім лініям, підключеним до шин. Тому, у цьому стані, сума всіх частин аварійного струму дорівнює загальному аварійному струму.

У аварійному шляху немає ТТ. (При зовнішній аварії, як аварійний струм, так і його частина, поставлена іншими лініями, мають ТТ у своєму шляху). Сума всіх вторинних струмів більше не дорівнює нулю. Вона дорівнює вторинному еквіваленту аварійного струму. Якщо застосувати закон Кірхгофа для струмів в вузлах, ми отримаємо невирівняне значення i R.

 Отже, у цьому стані струм починає пройходити через реле 87, і воно активує відключення автоматів, що захищають всі лінії, підключені до цієї секції шин.

Оскільки всі входні та вихідні лінії, підключені до цієї секції шин, відключені, шина стає недієздатною. Цю схему диференціального захисту шин також називають диференціальним захистом струму шин.

Роздільний захист шин

При поясненні принципу роботи диференціального захисту струму шин, ми показали просту нероздільну шину. Але в середньовисоконапругових системах електричні шини поділяються на декілька секцій для збільшення стабільності системи.

Це робиться тому, що аварія в одній секції шин не повинна заважати іншим секціям системи. Тому під час аварії на шині, вся шина буде перервана. Намалюємо та обговоримо захист шин з двома секціями.

Тут, секція A або зона A обмежена ТТ 1, ТТ2 і ТТ3, де ТТ1 і ТТ2 — ТТ ліній, а ТТ3 — ТТ шин.

Диференціальний захист напруги

Схема диференціального захисту струму чутлива лише тоді, коли ТТ не насичені і зберігають однаковий коефіцієнт трансформації, фазовий кут помилки під максимальним аварійним станом. Це зазвичай не так, особливо, у випадку зовнішньої аварії на одній з ліній. ТТ на аварійній лінії може бути насичений загальним струмом, і, відповідно, матиме великі помилки. Через ці великі помилки, сума вторинних струмів всіх ТТ в певній зоні може не дорівнювати нулю.

 Тому є велика ймовірність відключення всіх автоматів, пов'язаних з цією захищеною зоною, навіть при зовнішній великій аварії. Для запобігання цьому неправильному спрацюванню диференціального захисту шин, реле 87 оснащені високим струмом захоплення та достатнім затримкою. Найбільша проблема, що викликає насичення ТТ, — це транзиторна DC-компонент короткочасного струму.

Ці труднощі можна подолати, використовуючи ТТ з повітряним сердечником. Такий ТТ також називають лінійним куплером. Оскільки сердечник ТТ не використовує залізо, характеристика вторинної обмотки цих ТТ — пряма лінія. У диференціальному захисті напруги ТТ всіх входних та вихідних ліній підключені послідовно, замість паралельного підключення.

Вторинні обмотки всіх ТТ і диференціальне реле утворюють замкнений контур. Якщо полярність всіх ТТ правильно підібрана, сума напруг на всіх вторинних обмотках дорівнює нулю. Тому, немає результативної напруги, що з'являється на диференціальному релє. Коли відбувається аварія на шинах, сума напруг на всіх вторинних обмотках ТТ більше не дорівнює нулю. Тому, в контурі виникає струм через результативну напругу.

Оскільки цей контурний струм також проходить через диференціальне реле, реле активує відключення всіх автоматів, пов'язаних з захищеною зоною шин. Крім випадків, коли струм заземлення сильно обмежений опором нейтралі, зазвичай немає проблем з вибором. Якщо така проблема існує, вона вирішується за допомогою додаткового більш чутливого релейного обладнання, включаючи контрольний захисний реле.

Важливість селективного відключення

Сучасні системи потребують відключення лише аварійних секцій, щоб мінімізувати перерви в живленні та забезпечити швидке усунення аварій.