Диференциална защита на генератор

Диференциална защита на генератора

Диференциалната защита за генератор предимно пази статорните обмотки от земни и фазови дефекти. Дефектите в статорните обмотки представляват значителна заплаха, способна да причини сериозни повреди на генератора. За защита на статорните обмотки се използва диференциална защитна система, която разчиства дефектите във възможно най-кратко време, като по този начин минимизира степента на повреждане.

Система на Мерц-Прайз за циркулиращ ток

В тази защитна схема се сравняват токовете на двата края на защитения участък. По време на нормална работа величините на токовете в вторичните обмотки на трансформаторите на тока са равни. Обаче, когато се появи дефект, през системата протича ток на кратко замыкание, което води до различие в величините на токовете. Това различие в тока при условията на дефект се насочва през операционната бобина на реле.

Когато токът надхвърли предварително зададената граница, реле затваря своите контакти, активирайки прекъсвителя да се отвори. Това действие изолира дефектния участък от останалата част на системата. Такава защитна механика е известна като система на Мерц-Прайз за циркулиращ ток, която оказва висока ефективност при откриване и реагиране на земни и фазови дефекти.

Свързване на диференциалната защитна система

Диференциалната защитна система изисква два идентични трансформатора на тока, които се инсталират от двете страни на защитения участък. Вторичните терминали на тези трансформатори на тока се свързват в звезда, а техните крайни терминали се свързват чрез пилотни жици. Едновременно с това бобините на реле се свързват в триъгълник. Нейтралните точки на трансформаторите на тока и реле се свързват към общ терминал. Тази специфична конфигурация на проводки осигурява точното откриване на несъответствия в тока и позволява бързо изолиране на дефектите.

Реле се свързва между еквипотенциалните точки на трите пилотни жици, за да се гарантира, че всеки трансформатор на тока носи равна бременост. Тъй като средата на всяка пилотна жица представлява нейната еквипотенциална точка, реле се разполага стратегически в средата на тези жици.

За оптималната функционалност на диференциалната защитна система е важно бобините на реле да се поставят близо до трансформаторите на тока близо до главния контур. Това може да се постигне чрез включване на балансиращи резистори в ред с пилотните жици, което премества еквипотенциалните точки по-близо до главния прекъсвач.

Принцип на действие на диференциалната защитна система

Ако се появи пробив на изолацията в R фаза на мрежата, което предизвиква дефект, токовете в вторичните обмотки на трансформаторите на тока стават несъответстващи. Това несъответствие генерира диференциални токове, които протичат през бобината на реле. Следователно, реле активира и издава команда за прекъсване на прекъсвителя, изолирайки дефектния участък от останалата част на системата.

Обаче, тази защитна система има значително ограничение: тя е много чувствителна към намагничаващия входящ ток на трансформатора. Входящият ток може да предизвика реле да работи неправилно. За решаване на този проблем се използва субсидирано диференциално реле. Типовете реле позволяват определен ниво на несъответстващ ток да протече през бобината му без да предизвика ненужна работа.

За допълнително намаляване на влиянието на намагничаващия входящ ток, в конструкцията се включва ограничителна бобина. Ограничителната бобина ефективно намалява влиянието на входния ток, правейки реле устойчиво към лъжливо прекъсване, предизвикано от намагничаващия входящ ток. Реле, оборудвани с такава конфигурация, са известни като субсидирано диференциални реле.

Сценарий на дефект и работа на реле

Когато се появи дефект между две фази, например между фазите Y и B, през тези две фази ще протече ток на кратко замыкание. Този дефект разстройва баланса на токовете, протичащи през трансформаторите на тока (CTs). Следователно, диференциален ток протича през операционната бобина на реле, причинявайки реле да прекъсне и да отвори своите контакти, изолирайки дефектния участък от електрическата система.

Проблеми с диференциалната защитна система

В диференциална защитна система типично се използва нейтрална резистивна жица, за да се намали неблагоприятното въздействие на токовете на земен дефект. Обаче, когато земен дефект се появи близо до нейтралната точка, малка електродвижеща сила (emf) генерира относително малък ток на кратко замыкание, който протича през нейтралната точка. Съпротивлението на нейтралното заземяване допълнително намалява този ток. В резултат на това само минимален ток достига до реле. Тъй като този малък ток не е достатъчен, за да активира бобината на реле, дефектът може да остане незабелязан, което потенциално може да доведе до повреда на генератора.

Модифицирана схема на диференциалната защитна система

За решаване на посочения проблем е разработена подобряна схема на диференциалната защитна система. Тази модифицирана схема включва два различни елемента: един, предназначен за защита срещу фазови дефекти, и друг, предназначен за защита срещу земни дефекти.

Елементите за защита срещу фазови дефекти се свързват в звезда заедно с резистор. Междувременно, реле за земен дефект се разполага между звездово свързаните фазови елементи и нейтралната точка. Конкретно, два фазови елемента за защита, заедно с балансиращ резистор, се свързват в звезда, и реле за земен дефект се свързва между звездовото свързване и нейтралната пилотна жица. Тази конфигурация подобрява способността на системата да открива и реагира точно както на фазови, така и на земни дефекти, подобрявайки общата надеждност на диференциалната защитна система.

Звездово свързаната верига показва симетрия, осигурявайки, че всеки балансиран преизливащ ток, произтичащ от точката на циркулиращ ток, няма да протече през реле за земен дефект. В резултат на това, в рамките на тази система, чувствителното реле за земен дефект може да работи с високо ниво на стабилност, надеждно откривайки земни дефекти, без да бъде активирано от нормални балансиране колебания на тока.