Специальные случаи дифференциальной защиты
Хотя изготовители реле, предназначенные для дифференциальной защиты, налагают необходимые вторичные характеристики КТ, необходимые для правильной работы, для понимания и предотвращения ошибок полезно знать минимальные знания об этом типе защиты.
Четыре специальных дифференциальных защиты и их соответствие требованиям КТ (фото-кредит: elinstallatoren.se)
Дифференциальная защита контролирует область, ограниченную CT, которая измеряет входящие и исходящие токи. Если исходящие токи не соответствуют входным токам, это обычно происходит из-за того, что в защищенной области произошла ошибка.
Теперь давайте рассмотрим следующие меры защиты с их соответствующими требованиями КТ:
-
- Высокая импедансная защита,
- Пилотная защита проводов,
- Процентная дифференциальная защита и
- Дифференциальная защита с низким импедансом.
В соответствии с типом защиты и ее использованием, производители реле должны были применять различные принципы, различающиеся по сложности, чтобы гарантировать стабильность их реле от переходных явлений, которые могут вызвать неприятное срабатывание этой защиты.
1. Дифференциальная защита высокого импеданса
Этот тип защиты обычно используется для защиты двигателей, генераторов, сборных шин, а также для защиты трансформаторов «с ограниченным замыканием на землю» (REF).
Генеральная
Этот тип защиты используется для защиты области с одинаковым уровнем напряжения. В здоровых условиях входной ток i ' e идентичен выходному току i и, следовательно, дифференциальный ток i' d = 0 (см. Рисунок 1)
Рисунок 1 - Дифференциальный принцип с высоким импедансом
Высокий ток короткого замыкания может протекать через контролируемую зону и вызывать насыщенность КТ, следовательно, риск нежелательного отключения защиты (нестабильность). «Стабильность» реле достигается путем последовательного соединения его с «стабилизирующим» сопротивлением R st.
Это сопротивление рассчитывается таким образом, что производный ток в дифференциальной цепи (R st + R p) не может достичь порога установки реле, когда максимальный сквозной ток насыщает CT с его компонентом постоянного тока.
Это приводит к (1): (R st + R p) ≥ (R ct + 2 R L) × I ssc / Ir
где:
- I ssc = максимальный ток, наблюдаемый на вторичной ТТ,
- I r = ток вторичной настройки реле.
- R st может варьироваться от нескольких Ом до нескольких сотен Ом (в исключительных случаях оно может превышать 1000 Ом).
Для правильной работы реле при I r, если в области возникает ошибка, напряжение V k для колена должно быть больше:
2 × (R st + R p + R ct + 2 R L) × Ir.
Как правило, R ct + 2 × R L пренебрежимо малы по сравнению с R st + R p, таким образом (2):
V k ≥ 2 × Ir × (R st + R p)
Объединив уравнения (1) и (2), найдем (3):
V k ≥ 2 × I ssc × (R ct + 2 × R L)
Эти уравнения показывают, что R st (выражение 1) и V k имеют большие значения, когда Rct является высоким. Сопротивление стабилизации высокого значения создает высокие перенапряжения на вторичной КТ. Поэтому, когда ожидаются перенапряжения свыше 3000 В, добавляется защита от нелинейного сопротивления (Z n O).
Результатом этих наблюдений является то, что ТТ оптимизированы, если R ct и V k являются настолько низкими, насколько это возможно, и если сквозной ток (видимый из вторичного, т. Е. I scc), определяется без избытка.
Независимо от того приложения, где используется дифференциальный импеданс, все КТ должны иметь:
- Такое же соотношение,
- Такая же кривая намагничивания (такой же минимум V k),
- Тот же максимум R ct,
- И соблюдайте выражение (3). Для V k, так как соответствующие КТ не находятся на одном и том же расстоянии от реле, возьмите максимум R L.
Для этой защиты максимальное значение тока намагничивания I o также должно быть определено при V k / 2 в соответствии с требуемой чувствительностью.
Для того чтобы реле обнаружило ток I r, на клеммах параллельно подключенных трансформаторов тока должно быть создано напряжение V s = V k / 2. Для этой цели минимальный первичный ток I rms, реально обнаруженный реле, будет:
I rms = n × (I r + ρ × I o)
где:
- n = отношение КТ и
- ρ = количество параллельно подключенных трансформаторов тока (их может быть много на защите сборных шин!)
Применение к дифференциальной защите двигателя
Максимальный сквозной ток, для которого двигатель должен оставаться нечувствительным, заключается в том, что пусковой ток двигателя:
I ssc = I st (видно на вторичном).
Если вы не знаете этого текущего Ist, вы знаете, что:
I st <7 × I n двигатель
Применение к дифференциальной защите генератора
Максимальный сквозной ток в этом случае представляет собой ток короткого замыкания, подаваемый только этим генератором. Если вам известно, что подтранзиентное реактивное сопротивление генератора X ''%, будет выполнено следующее:
I ssc = I n × 100 / X"
Если это значение неизвестно, X ''% = 15 будет принято.
Примечание. Пиковое напряжение на вторичной обмотке ТТ должно быть рассчитано с использованием:
I ssc maxi = I " генератор + I sc сеть
Применение к дифференциальной защите «сборной шины»
Рисунок 2 - Дифференциальная защита с высоким сопротивлением «шина»
В этом случае сквозной ток равен коммутатору I sc:
I ssc = коммутатор I sc, видимый из вторичного оборудования CT
Применение к дифференциальной защите трансформаторов «ограниченного замыкания на землю» (REF)
Рисунок 3 - Ограниченная защита от замыканий на землю вторичной (a) или первичной (b) обмоток трансформатора
В случае, показанном на рисунке 3a, эта защита обнаруживает неисправности изоляции на вторичных обмотках трансформатора и до ТТ, расположенных ниже по потоку.
В случае, показанном на рисунке 3b, эта защита обнаруживает неисправности изоляции первичного трансформатора и преимущественно улучшает типичную защиту от замыканий на землю, которая чувствительна к сильным пусковым токам трансформатора и сквозным токам, возникающим в результате асимметричного короткого замыкания в нисходящем направлении.
В этом случае также рассчитываем R st и V k на основе максимального сквозного тока в ТТ для отказа вне защищенной области. В первом приближении можно сказать, что этот ток меньше тока, ограниченного трансформатором
импеданс, т.е.
I через = P sct / (U n × √3)
где P sct = P n × 100 / Z sc (мощность короткого замыкания трансформатора)
Если мы знаем мощность короткого замыкания на выходе (P u), можно вычислить более точное значение:
P sct с (P sct × P u) / (P sct + P u)
Ток сквозного тока затем должен быть преобразован в I ssc, наблюдаемый на вторичной КТ.
Вернуться к содержанию ↑
2. Линейная или кабельная дифференциальная защита с помощью проводов
Рисунок 4 - Линейная или кабельная дифференциальная защита с помощью проводов
Реле этого типа устанавливается на каждом конце кабеля или линии. На пилотных проводах каждое реле воспроизводит напряжение, которое является изображением суммы:
a × I 1 + b × I 2 + c × I 3 + d × I h
Если два напряжения отличаются друг от друга, оба реле срабатывают.
ПРИМЕЧАНИЕ. Обратите внимание, что коэффициенты a, b, c и d различаются, чтобы гарантировать, что все типы отказов соответствуют сумме, отличной от нуля. Следовательно, рабочий порог двухфазной неисправности или замыкания фазы на землю несколько отличается в зависимости от неисправной фазы.
В этом случае также требуются CT X CT, и каждый производитель дает эмпирическую формулу для минимального напряжения V k.
Пример минимального напряжения в коленном направлении:
V k mini = 0, 5 × N × k t × I n × (R ct + X × R L)
где N, k t и X - константы, связанные с временем отклика реле, его чувствительностью и типом соединения.
Другой пример:
V k mini = 50 / I n + I f × (R ct + 2 × R L)
где
- I n - номинальный вторичный ток ТТ (1 или 5 А),
- I f - ток сквозного тока короткого замыкания, наблюдаемый на вторичной КТ.
Стабильность этого реле достигается как при соблюдении требуемого напряжения на коленчатом вале, так и в процентах от дифференциального рабочего порога, который будет увеличиваться с сквозным током с помощью удерживающих обмоток. ТТ на концах линии должны иметь одинаковое соотношение и должны соответствовать минимальному V k и максимальному значению, указанному изготовителем.
Однако их кривые намагничивания и R ct не обязательно должны быть одинаковыми.
Вернуться к содержанию ↑
3. Процентная дифференциальная защита от трансформации для трансформаторов
Термин «процентный дифференциал» проистекает из того, что рабочий порог увеличивается с сквозным током.
Простое сравнение токов в каждой восходящей фазе с токами в тех же фазах ниже по потоку не подходит для дифференциальной защиты трансформатора.
Это потому что:
- Токи выше и ниже по течению силового трансформатора не имеют одинаковой амплитуды или одного и того же фазового угла,
- Когда трансформатор находится под напряжением, его ток намагничивания отображается только вверх,
- Наличие заземляющего генератора в защищаемой зоне (например, заземление нейтрали трансформатора) может отключить защиту, в то время как неисправность, например, находится на подающем питателе ниже по потоку.
Меры предосторожности для решения этих проблем:
Цель состоит в том, чтобы обеспечить, чтобы реле обнаруживало восходящий и нисходящий токи с одинаковой амплитудой и фазой в нормальных рабочих условиях. Это может быть достигнуто путем разумного выбора коэффициента трансформации и соединений.
Соответствующие трансформаторы тока используются для этой цели и часто помогают устранить ток нулевой последовательности, который может отключить защиту, когда замыкание на землю происходит за пределами защищенной области. Однако большинство новых цифровых реле могут выполнять внутренне, путем установки параметров, настройки, необходимые для «сброса» токов, что значительно упрощает их реализацию.
Кроме того, следует отметить, что все «дифференциальные дифференциальные трансформаторы» иммунизированы до гармоники 2- го порядка, блокируя их работу при включении трансформатора.
Напряжение CT V k
В 99% случаев запрашивается класс X. Минимальное напряжение на колене накладывается и зависит от сопротивления вторичной обмотки «Rct» CT и ее реальной нагрузки R r. Иногда упоминаются более сложные спецификации, которые включают отношение X / R сети или ток намагничивания силового трансформатора.
Однако, сталкиваясь с проблемами, возникающими у пользователей при получении всех этих параметров, поставщики реле иногда предоставляют упрощенные эмпирические формулы, которые приводят к небольшому негативному росту.
Примеры минимального напряжения на колене, наложенного для реле защиты Sepam Schneider Electric:
V k mini = A × I b (R ct + 2 × R L)
где:
- 2 × R L = общее сопротивление вторичной проводки,
- Rct = сопротивление вторичной обмотки трансформатора,
- I b = номинальный ток силового трансформатора, наблюдаемый на вторичной ТТ,
- A = постоянная в зависимости от мощности трансформатора
Некоторые поставщики учитывают сквозной ток, например:
на звездной стороне силового трансформатора, и Vk ≥ 4 × I f × (R ct + 2 × R L + R p) на дельта-стороне силового трансформатора. Проходной ток будет определяться так же, как и для защиты от замыканий на землю.
ПРИМЕЧАНИЕ. Использование соответствующих трансформаторов тока приводит к разным выражениям напряжения в коленном валу для основных ТТ, которые должны учитывать дополнительную нагрузку, которую они представляют.
В заключение, стабильность этой защиты обеспечивается:
- Порог, который увеличивается с сквозным током (удерживающей системой)
- Правильный выбор напряжения коленной точки CT V k,
- Система, обеспечивающая устойчивость к гармоникам 2- го порядка, генерируемым пусковыми токами,
- Самые сложные реле также невосприимчивы к гармоникам 5- го порядка, которые возникают при перевозбуждении силового трансформатора (насыщение).
Вернуться к содержанию ↑
4. Дифференциальная защита с низким импедансом
Эта защита используется для дифференциальной защиты сборных шин. Это очень дорого и занимает много места, поскольку для этого требуется большое количество модулей и соответствующих CT, которым требуется один или несколько ячеек в зависимости от размера коммутатора (см. Рисунок 5).
Рисунок 5 - Пример дифференциальной защиты с низким импедансом для двойной сборной шины
В случае двойного распределительного щита защита должна постоянно «информироваться» о положении переключателей передачи, чтобы направлять токи каждого фидера и вводить их в реле, связанное с мониторингом сборной шины, на которой этот фидер или сборник подключен.
КТ, связанные с этой сложной защитой, могут иметь разные отношения. Их вторичные группы также определяются как класс X в большинстве случаев.
Однако, поскольку насыщение можно допускать, требования к напряжению коленного сустава менее серьезны, чем для дифференциальной защиты с высоким импедансом.
Вернуться к содержанию ↑
Ссылка // Трансформаторы тока: как их определить П. Фонти (Schneider Electric)