Реле дифференциальной защиты

Определение

Реле дифференциальной защиты — это реле, работа которого зависит от фазовой разности двух или более электрических величин. Оно работает на основе принципа сравнения фазового угла и амплитуды одних и тех же электрических величин.

Пример

Возьмем, к примеру, сравнение входного и выходного токов линии передачи. Если амплитуда входного тока превышает амплитуду выходного тока, это указывает на то, что по линии протекает дополнительный ток из-за неисправности. Эта разница в токах может активировать реле дифференциальной защиты.

Необходимые условия для работы

Для правильной работы реле дифференциальной защиты должны быть выполнены следующие условия:

• Сеть, в которой используется реле, должна иметь две или более схожих электрических величины.

• Эти величины должны иметь фазовый сдвиг примерно 180º.

Реле дифференциальной защиты используются для защиты различных электрических компонентов, таких как генераторы, трансформаторы, питатели, крупные двигатели и шины. Они могут быть классифицированы следующим образом:

• Токовое дифференциальное реле

• Напряженческое дифференциальное реле

• Смещенное или процентное дифференциальное реле

• Напряженческое балансное дифференциальное реле

Токовое дифференциальное реле

Токовое дифференциальное реле — это тип реле, которое обнаруживает и реагирует на фазовую разницу между током, входящим в электрическую систему, и током, выходящим из нее. На рисунке ниже показана схема, где токоограничивающие реле подключены для функционирования в качестве дифференциального реле.

Конфигурация токоограничивающего реле показана на рисунке ниже. Пунктирная линия указывает на участок, который предполагается защищать. Трансформаторы тока (ТТ) расположены на обоих концах защищаемой зоны. Вторичные обмотки этих трансформаторов соединены последовательно через пилотные провода. В результате токи, индуцируемые в ТТ, текут в одном направлении. Рабочая катушка реле подключена ко вторичным обмоткам ТТ.

При нормальных условиях эксплуатации амплитуды токов во вторичных обмотках трансформаторов тока (ТТ) одинаковы, что приводит к тому, что через рабочую катушку не течет ток. Однако, когда происходит неисправность, амплитуды токов во вторичных обмотках ТТ становятся неравными, что вызывает срабатывание реле.

Смещенная или процентная дифференциальная катушка

Смещенное или процентное дифференциальное реле — это наиболее часто используемый тип дифференциального реле. Его конфигурация аналогична конфигурации токового дифференциального реле. Основное отличие заключается в наличии дополнительной ограничивающей катушки, которая подключена в пилотные провода, как показано на рисунке ниже.

Рабочая катушка подключена к середине ограничивающей катушки. Когда возникает ток неисправности, отношение токов в трансформаторах тока становится несбалансированным. Однако эта проблема эффективно решается благодаря ограничивающей катушке.

Индукционное смещенное дифференциальное реле

Индукционное смещенное дифференциальное реле имеет диск, свободно вращающийся между электромагнитами. Каждый электромагнит оснащен медным затеняющим кольцом, которое может перемещаться вперед и назад внутри электромагнита. Диск подвергается воздействию как ограничивающего, так и рабочего элементов, что приводит к действию на него результирующей силы.

Когда положение затеняющего кольца сбалансировано для обоих рабочего и ограничивающего элементов, результирующий момент, действующий на кольцо, становится равным нулю. Однако, если кольцо смещается в сторону железного сердечника, на кольцо будут оказывать неравные моменты вследствие совместного влияния рабочей и ограничивающей катушек.

Напряженческое балансное дифференциальное реле

Токовое дифференциальное реле не подходит для защиты питателей. Для защиты питателей используются напряженческие балансные дифференциальные реле. В схеме напряженческого балансного дифференциального реле два идентичных трансформатора тока размещаются на обоих концах защищаемой зоны и соединяются через пилотные провода.

Эти реле подключены последовательно ко вторичным обмоткам трансформаторов тока. Они настроены таким образом, чтобы при нормальной работе через них не проходил ток. Напряженческое балансное дифференциальное реле использует трансформаторы тока с воздушным сердечником, в которых индуцируются напряжения, пропорциональные токам, протекающим через них.

Когда в защищаемой зоне происходит неисправность, токи в трансформаторах тока (ТТ) становятся несбалансированными. Этот дисбаланс нарушает напряжения во вторичных обмотках ТТ. В результате начинает течь ток через рабочую катушку реле. Вследствие этого реле активируется и подает команду на выключатель, побуждая его отключить и изолировать неисправный участок цепи.