A l'article aprendràs què és la protecció diferencial, com funciona, quines qualitats positives té. També es parlarà de quines són les mancances de la protecció diferencial de les línies elèctriques. També aprendràs esquemes pràctics per protegir els dispositius i les línies elèctriques.
El tipus de protecció diferencial es considera actualment el més comú i el més ràpid. És capaç de protegir el sistema de curtcircuits fase a fase. I en aquells sistemes que utilitzen un neutre sòlidament a terra, pot evitar fàcilment l'aparició de curtcircuits monofàsics. El tipus de protecció diferencial s'utilitza per protegir línies elèctriques, motors d' alta potència, transformadors i generadors.
Hi ha dos tipus de protecció diferencial en total:
- Amb tensions equilibrant-se.
- Amb corrent circulant.
Aquest article ho faràEs tenen en compte aquests dos tipus de protecció diferencial per tal d'aprendre el màxim possible sobre ells.
Protecció diferencial mitjançant corrents circulants
El principi és que es comparen els corrents. I per ser més precisos, hi ha una comparació de paràmetres al principi de l'element, la protecció del qual es realitza, així com al final. Aquest esquema s'utilitza en la implementació del tipus longitudinal i transversal. Els primers s'utilitzen per garantir la seguretat d'una única línia elèctrica, motors elèctrics, transformadors, generadors. La protecció de la línia diferencial longitudinal és molt comuna a la indústria elèctrica moderna. El segon tipus de protecció diferencial s'utilitza quan s'utilitzen línies elèctriques que funcionen en paral·lel.
Protecció diferencial longitudinal de línies i dispositius
Per implementar una protecció de tipus longitudinal, és necessari instal·lar els mateixos transformadors de corrent als dos extrems. Els seus bobinatges secundaris s'han de connectar entre si en sèrie amb l'ajuda de cables elèctrics addicionals que s'han de connectar a relés de corrent. A més, aquests relés de corrent s'han de connectar als bobinatges secundaris en paral·lel. En condicions normals, així com en presència d'un curtcircuit extern, el mateix corrent fluirà als dos bobinatges primaris dels transformadors, que seran iguals tant en fase com en magnitud. Un valor lleugerament menor fluirà a través del bobinatge de corrent electromagnètic del relé. Podeu calcular-lo mitjançant una fórmula senzilla:
Ir=I1-I2.
Suposem que les dependències actuals dels transformadors coincidiran completament. Per tant, la diferència esmentada en els valors actuals és propera o igual a zero. En altres paraules, Ir=0 i la protecció no funciona en aquest moment. El cablejat auxiliar que connecta els bobinatges secundaris dels transformadors circula corrent.
Esquema de protecció diferencial de tipus longitudinal
Aquest circuit de protecció diferencial permet obtenir valors iguals de corrents que circulen pel circuit secundari dels transformadors. En base a això, podem concloure que aquest esquema de protecció es va denominar així pel principi de funcionament. En aquest cas, la zona que es troba directament entre els transformadors de corrent cau a la zona de protecció. En cas que hi hagi un curtcircuit, a la zona de protecció, quan s'alimenta des d'un costat del transformador, el corrent I1 flueix pel bobinatge del relé electromagnètic. S'envia al circuit secundari del transformador, que s'instal·la a l' altre costat de la línia. Cal parar atenció al fet que hi ha una resistència molt alta al bobinatge secundari. Per tant, gairebé no hi passa corrent. Segons aquest principi, funciona la protecció diferencial de pneumàtics, generadors i transformadors. En el cas que I1 resulti ser igual o superior a Ir, la protecció comença a funcionar, obrint el grup de contactes d'interruptors.
Protecció de curtcircuits i circuits
En cas de curtcircuit dins de la zona protegida, tots doslaterals, un corrent flueix pel relé electromagnètic, igual a la suma dels corrents de cada bobinatge. En aquest cas, la protecció també s'activa obrint els contactes dels interruptors. Tots els exemples anteriors suposen que tots els paràmetres tècnics dels transformadors són exactament els mateixos. Per tant, Ir=0. Però aquestes són condicions ideals, en realitat, a causa de petites diferències en el rendiment dels sistemes magnètics de corrents primaris, els aparells elèctrics difereixen significativament entre si, fins i tot del mateix tipus. Si hi ha diferències en les característiques dels transformadors de corrent (quan s'implementa la protecció de fase diferencial de l'estructura), els corrents dels circuits secundaris diferiran, fins i tot si els primaris són absolutament els mateixos. Ara hem de considerar com funciona el circuit de protecció diferencial en cas d'un curtcircuit extern a la línia elèctrica.
Curtcircuit extern
En presència d'un curtcircuit extern, un corrent de desequilibri fluirà pel relé electromagnètic de protecció diferencial. El seu valor depèn directament del corrent que passa pel circuit primari del transformador. En mode de càrrega normal, el seu valor és petit, però en presència d'un curtcircuit extern, comença a augmentar. El seu valor també depèn del temps posterior a l'inici de la falla. A més, hauria d'assolir el seu valor màxim en els primers períodes posteriors a l'inici del tancament. Va ser en aquest moment quan tot el curtcircuit I flueix pels circuits primaris dels transformadors.
També val la pena assenyalar que al principi el curtcircuit consta de dos tipus de corrent: directe i altern. També s'anomenencomponents periòdics i periòdics. El dispositiu de protecció diferencial és tal que la presència d'un component aperiòdic en el corrent ha de provocar sempre una saturació excessiva del sistema magnètic del transformador. En conseqüència, la diferència de potencial de desequilibri augmenta bruscament. A mesura que el corrent de curtcircuit comença a disminuir, el valor de desequilibri del sistema també disminueix. D'acord amb aquest principi, es realitza la protecció diferencial del transformador.
Sensibilitat de les estructures de protecció
Tots els tipus de protecció diferencial són d'acció ràpida. I no funcionen en presència de curtcircuits externs, per la qual cosa cal triar relés electromagnètics, tenint en compte el màxim corrent de desequilibri possible al sistema en presència d'un curtcircuit extern. Val la pena parar atenció al fet que aquest tipus de protecció té una sensibilitat extremadament baixa. Per augmentar-lo, cal complir moltes condicions. En primer lloc, cal utilitzar transformadors de corrent que no saturen els circuits magnètics en el moment en què el corrent flueix pel circuit primari (independentment del seu valor). En segon lloc, és desitjable utilitzar aparells elèctrics de saturació ràpida. S'han de connectar als bobinatges secundaris dels elements a protegir. Un relé electromagnètic està connectat a un transformador de saturació ràpida (la protecció diferencial de corrent es fa el més fiable possible) en paral·lel amb el seu bobinatge secundari. Així és com funciona la protecció diferencial del generador o del transformador.
Augmenta la sensibilitat
Suposem que s'ha produït un curtcircuit extern. En aquest cas, un cert corrent flueix pels circuits primaris dels transformadors de protecció, formats per components aperiòdics i periòdics. Els mateixos "components" estan presents en el corrent de desequilibri que flueix pel bobinatge primari d'un transformador de saturació ràpida. En aquest cas, la component aperiòdica del corrent satura significativament el nucli. Per tant, no es produeix la transformació del corrent en el circuit secundari. Amb l'atenuació del component aperiòdic, es produeix una disminució significativa de la saturació del circuit magnètic i, gradualment, comença a aparèixer un cert valor de corrent al circuit secundari. Però el nivell màxim de corrent de desequilibri serà molt menor que en absència d'un transformador de saturació ràpida. Per tant, podeu augmentar la sensibilitat configurant el valor del corrent de protecció inferior o igual al valor màxim de la diferència de potencial de desequilibri.
Qualitats positives de la protecció diferencial
Durant els primers períodes, el circuit magnètic està saturat molt fortament, la transformació pràcticament no es produeix. Però després que el component aperiòdic decai, la part periòdica comença a transformar-se al circuit secundari. Val la pena parar atenció al fet que és molt important. Per tant, el relé electromagnètic funciona i desactiva el circuit protegit. Un nivell de transformació molt baix durant els primers períodes de temps i mig aproximadament frena l'acció del circuit de protecció. Però això no té un paper important en la construcció de circuits pràctics de protecció de circuits.
La protecció diferencial del transformador no funciona en els casos en què hi ha danys al circuit elèctric fora de la zona de protecció. Per tant, no calen retards i selectivitat. El temps de resposta de la protecció oscil·la entre 0,05 i 0,1 segons. Aquest és un gran avantatge d'aquest tipus de protecció diferencial. Però hi ha un altre avantatge: un alt grau de sensibilitat, sobretot quan s'utilitza un transformador de saturació ràpida. Entre els avantatges més petits, cal destacar com la senzillesa i la fiabilitat molt alta.
Propietats negatives
Però tant la protecció diferencial longitudinal com la transversal tenen desavantatges. Per exemple, no és capaç de protegir el circuit elèctric quan s'exposa a curtcircuits des de l'exterior. A més, no és capaç d'obrir el circuit elèctric quan està sotmès a una sobrecàrrega forta.
Per desgràcia, la protecció pot funcionar si es fa malbé el circuit auxiliar, al qual està connectat el bobinatge secundari. Però tots els avantatges de la protecció diferencial amb corrent circulant interrompen aquests petits inconvenients. Però són capaços de protegir línies elèctriques de llargada molt curta, no més d'un quilòmetre.
S'utilitzen molt sovint en la implementació de la protecció de cables, amb l'ajuda dels quals s'alimenten diversos dispositius necessaris per al funcionament de centrals elèctriques i generadors. En el cas que la longitud de la línia elèctrica sigui molt gran, per exemple, és de diverses desenes de quilòmetres, protecció segonsaquest circuit és molt difícil de realitzar, ja que cal utilitzar cables de secció molt gran per connectar relés electromagnètics i el bobinat secundari dels transformadors.
Si utilitzeu cables estàndard, la càrrega dels transformadors de corrent serà massa gran, així com el desequilibri de corrent. Però pel que fa a la sensibilitat, resulta ser extremadament baixa.
Dissenys de relés de protecció i abast dels circuits
En línies elèctriques molt llargues, s'utilitza un circuit en el qual hi ha un relé de protecció de disseny especial. Amb ell, podeu proporcionar un nivell normal de sensibilitat i utilitzar cables de connexió estàndard. La protecció diferencial transversal funciona comparant el corrent de dues línies en fases i magnituds.
La protecció diferencial d' alta velocitat s'utilitza a les línies elèctriques en què la tensió flueix en el rang de 3-35 mil volts. Això proporciona una protecció fiable contra el curtcircuit fase a fase. La protecció diferencial es realitza com a bifàsica a causa del fet que la xarxa elèctrica amb les tensions de funcionament anteriors no està connectada a terra per neutres. En cas contrari, el neutre es connecta a terra mitjançant un canal d'arc.
Cables auxiliars en el disseny de circuits de protecció
Els transformadors de corrent estan relativament a prop els uns dels altres. Per tant, els cables auxiliars són força curts. Quan utilitzeu cables de petit diàmetreels transformadors estaran exposats a una càrrega relativament baixa. Pel que fa al corrent de desequilibri, també és petit. Però el grau de sensibilitat és molt alt. En cas de desconnexió de qualsevol línia, la protecció diferencial passa a ser actual, no hi ha retard i selectivitat. Per evitar falses alarmes, els contactes auxiliars de la línia desconnecten el circuit.
Protecció diferencial del circuit Straverse
La protecció transversal s'utilitza àmpliament en el desenvolupament de sistemes de línia que funcionen en paral·lel. Els interruptors estan instal·lats a banda i banda de la línia. La conclusió és que aquestes línies són molt difícils de protegir amb circuits senzills. El motiu és que és impossible assolir un nivell normal de selectivitat. Per millorar la selectivitat, el retard s'ha de seleccionar amb cura. Però en el cas d'utilitzar una protecció diferencial dirigida transversalment, el retard no és necessari, la selectivitat és bastant alta. Té òrgans principals:
- Direcció de potència. Sovint s'utilitzen relés de direcció de potència de doble efecte. De vegades s'utilitzen un parell de relés de protecció diferencial d'efecte simple que funcionen amb diferents direccions de potència.
- Arrencada: per regla general, s'utilitzen relés d' alta velocitat amb el màxim de corrent possible.
El disseny del sistema és tal que a les línies s'instal·len transformadors de corrent amb bobinatges secundaris connectats en un circuit de corrent circulant. Però tots els bobinatges actuals s'encenen en sèrie, desprésquè es connecten amb l'ajuda de cables addicionals als transformadors de corrent. Per tal que la protecció de fase diferencial funcioni, es subministra tensió al relé mitjançant les barres de les instal·lacions. És en ells on s'instal·la tot el kit. Si ens fixem en el circuit per encendre els circuits secundaris dels transformadors i un relé de protecció, podem concloure per què s'anomena "vuit dirigit". Tot el sistema es fa en dos conjunts. Hi ha un conjunt a cada extrem de la línia, que proporciona protecció diferencial de corrent per a la línia elèctrica.
Circuit de relés monofàsic
La tensió al relé de protecció es subministra en fase inversa a la que es necessita per desconnectar una línia amb danys. En funcionament normal (incloent-hi la presència d'un curtcircuit extern), només el corrent de desequilibri flueix pels bobinatges del relé. Per tal d'evitar falses desviacions, és necessari que els relés d'arrencada tinguin una intensitat d'encesa superior a la corrent de desequilibri. Penseu en la tasca de protegir dues línies.
A l'inici del curtcircuit, una mica de corrent flueix a la zona de protecció de la segona línia. Val la pena parar atenció al fet que:
- Relé d'inici activat.
- Al costat d'una subestació, el relé de direcció d'alimentació obre els contactes de l'interruptor.
- Des del costat de la segona subestació, la línia també es desconnecta mitjançant interruptors.
- Al relé de direcció d'alimentació, el parell és negatiu, per tant, els contactes estan oberts.
Als bobinatges del relé de protecció de primera líniala direcció del moviment del corrent canvia (en relació amb la primera línia) durant un curtcircuit. El relé de direcció d'alimentació manté el grup de contactes en estat obert. S'obren els disjuntors del costat de les dues subestacions.
Només aquesta protecció diferencial de línia només pot funcionar correctament quan les dues línies funcionen en paral·lel. En cas que un d'ells estigui apagat, es vulnera el principi de funcionament de la protecció diferencial. En conseqüència, una protecció addicional condueix a un tancament no selectiu de la segona línia durant curtcircuits externs. En aquest cas, es converteix en un corrent direccional normal i no té cap retard. Per evitar-ho, la protecció transversal es desactiva automàticament durant la desconnexió d'una línia trencant el circuit amb el contacte auxiliar.
Tipus de protecció addicionals
Els corrents d'activació dels relés d'arrencada han de ser superiors als corrents de desequilibri durant un curtcircuit extern. Per evitar falsos positius quan una de les línies està desconnectada i la corrent de càrrega màxima passa per la restant, és necessari que sigui superior a la diferència de potencial de desequilibri. Si hi ha un tipus transversal de protecció diferencial a la línia, s'han de proporcionar graus addicionals.
Permetran protegir una línia quan s'apaga la paral·lela. Normalment s'utilitzen per a la protecció contra sobreintensitat durant un curtcircuit extern (en aquest cas la protecció diferencial no reacciona). A més, protecció addicionalés una còpia de seguretat del diferencial (si aquest últim ha fallat).
Sovint s'utilitzen protecció de corrent direccional i no direccional, talls, etc.. La protecció diferencial transversal té un disseny senzill, molt fiable i s'ha utilitzat àmpliament en xarxes elèctriques amb tensions de 35 mil volts o més. Així és com funciona la protecció diferencial, el seu principi de funcionament és bastant senzill, però encara cal conèixer almenys els conceptes bàsics de l'enginyeria elèctrica per entendre totes les complexitats.
