Основные принципы защиты
Эта техническая статья охватывает 4 основных принципа защиты:
Основополагающие принципы максимальной токовой, дистанционной и дифференциальной защиты (фото кредит: Power Research & Development Consultants Pvt. Ltd)
- Принцип максимальной токовой защиты
- Принцип направленной максимальной токовой защиты
- Принцип дистанционной защиты
- Принцип дифференциальной защиты
- Для линии передачи
- Для трансформатора
- Для сборных шин
Для простоты объяснения ключевых идей мы рассматриваем трехфазные болтовые разломы.
1. Защита от перегрузки по току
Эта схема основана на интуиции, которая, как правило, коротких замыканий, приводит к токам, значительно превышающим ток нагрузки. Мы можем назвать их сверхтоками. Для защиты от перегрузки по току и защиты предохранителей используется принцип, согласно которому, когда ток превышает заданное значение, он указывает на наличие неисправности (короткое замыкание).
Эта схема защиты находит применение в радиальных распределительных системах с одним источником. Это довольно просто реализовать.
Рисунок 1 - Радиальная система распределения
На рисунке 1 показана радиальная система распределения с одним источником. Ток повреждения подается от одного конца податчика.
Для этой системы можно заметить, что:
- Для ретрансляции R 1 видны как нижестоящие неисправности F 1, так и F 2, т.е. I F1, а также I F2 проходят через КТ R 1.
-
Для реле R 2, неисправности F 1, ошибка восходящего потока не видна, отображается только F 2. Это связано с тем, что ни один компонент I F1 не проходит через КТ R 2. Таким образом, селективность достигается естественным образом.
Релевое решение основано исключительно на величине тока повреждения. Такая схема защиты называется ненаправленной.
Вернуться к принципам защиты ↑
2. Направленная максимальная токовая защита
Напротив, могут быть ситуации, когда в целях избирательности может потребоваться информация о фазовом углу (всегда относительно эталонного вектора). На рисунке 2 показан такой случай для радиальной системы с источником с обоих концов. Следовательно, неисправность подается с обоих концов фидера.
Чтобы прервать ток повреждения, необходимы реле на обоих концах фидера.
Рисунок 2 - Радиальная система с источником с обоих концов
В этом случае от величины тока, наблюдаемого реле R 2, невозможно отличить, является ли неисправность в секции AB или BC. Поскольку неисправности в разделе АВ не входят в его юрисдикцию, он не должен срабатывать.
Для получения избирательности требуется реле направленного максимального тока. Он использует как величину тока, так и информацию о фазовом углу для принятия решения. Он обычно используется в сетях передачи, где используются кольцевые сети.
Вернуться к принципам защиты ↑
3. Дистанционная защита
Рассмотрим простую радиальную систему, которая подается из одного источника. Измеряем кажущийся импеданс (V / I) на отправляющем конце.
Для незагруженной системы I = 0, а видимое сопротивление, наблюдаемое реле, бесконечно. По мере загрузки системы кажущийся импеданс уменьшается до некоторого конечного значения (Z L + Z линия), где Z L - импеданс нагрузки, а Z- линия - импеданс линии. При наличии неисправности на единичном расстоянии «м» импеданс, наблюдаемый реле, падает до линии mZ, как показано на рисунке 3 ниже.
Рисунок 3 - Ошибка в линии передачи
Основным принципом реле расстояния является то, что видимое сопротивление, наблюдаемое реле, которое определяется как отношение фазного напряжения к линейному току линии передачи (приложение Z), резко сокращается при наличии сбоя линии. Расстояние реле сравнивает это отношение с импедансом положительной последовательности (Z 1) линии передачи. Если доля Z app / Z 1 меньше единицы, это указывает на ошибку. Это соотношение также указывает расстояние от отказа от реле.
Поскольку импеданс является сложным числом, дистанционная защита по своей сути направлена. Первый квадрант - это прямое направление, т.е. полное сопротивление линии передачи, которая должна быть защищена, лежит в этом квадранте.
Однако, если используется только информация о величине, получается реле ненаправленного импеданса. На рисунках 4 и 5 показана характеристика реле импеданса и реле «mho», принадлежащих к этому классу.
Рисунок 4 (слева) - Реле сопротивления; Рисунок 5 (справа) - реле Mho
Реле импеданса срабатывает, если величина импеданса находится в пределах круговой области. Поскольку круг охватывает все квадранты, это приводит к ненаправленной схеме защиты. Напротив, реле mho, которое охватывает в первую очередь первый квадрант, носит направленный характер.
Таким образом, закон отключения для импедансного реле может быть записан следующим образом:
| Z приложение | = | V R | / | I R | <| Z set |
затем поездка; иначе сдерживаться.
В то время как импедансное реле имеет только один параметр проектирования, Z- набор; 'mho relay' имеет два проектных параметра Z n, λ. Закон о поездке для реле mho определяется следующим образом:
| Z приложение | <| Z n | cos (θ - λ)
затем поездка; иначе сдерживаться.
Как показано на рисунке 5, θ - угол линии передачи. Основываясь на наследии электромеханических реле, λ также называют «углом крутящего момента».
Вернуться к принципам защиты ↑
4. Принцип дифференциальной защиты
Дифференциальная защита основана на том факте, что любая неисправность в электрическом оборудовании приведет к тому, что текущий вход в него будет отличаться от текущего выхода из него.
Таким образом, путем сравнения двух токов как по величине, так и по фазе или с обоими мы можем определить ошибку и выдать решение о поездке, если разница превышает заданное установленное значение.
Рисунок 6 - Дифференциальная защита короткой линии передачи
Вернуться к принципам защиты ↑
4.1 Дифференциальная защита для линии передачи
На рисунке 6 показана короткая линия передачи, в которой шунтирующей зарядкой можно пренебречь. Тогда при условии отсутствия ошибки суммарная сумма токов, входящих в устройство, равна нулю, т.е.
I S + I R = 0
Таким образом, можно сказать, что дифференциальный ток без условия отказа равен нулю. Однако в случае ошибки в сегменте линии AB мы получаем:
I S + I R = I F ≠ 0
т.е. дифференциальный ток при наличии неисправности отличен от нуля.
Этот принцип проверки дифференциального тока известен как схема дифференциальной защиты.
В случае линии передачи для реализации дифференциальной защиты требуется, чтобы канал связи передавал текущие значения на другой конец. Он может использоваться для коротких фидеров, и определенная реализация известна как защита от проводов. Дифференциальная защита имеет тенденцию быть чрезвычайно точной. Его зона четко разграничена ТТ, которые обеспечивают границу.
Дифференциальная защита может использоваться для резьбовых линий (многолинейных линий), где граничные условия определяются следующим образом:
Рисунок 7 - Дифференциальная защита для задействованной линии передачи
При отсутствии неисправности:
I 1 + I 2 + I 3 = 0
Неисправность:
I 1 + I 2 + I 3 ≠ 0
Вернуться к принципам защиты ↑
4.2 Дифференциальная защита трансформатора
Дифференциальная защита для обнаружения неисправностей является привлекательным вариантом, когда оба конца устройства физически расположены рядом друг с другом. например, на трансформаторе, генераторе или шине.
Рассмотрим идеальный трансформатор с соединениями CT, как показано на рисунке 8.
Рисунок 8 - Дифференциальная защита трансформатора
Чтобы проиллюстрировать принцип, рассмотрим, что номинальный ток первичной обмотки составляет 100 А, а вторичная обмотка - 1000А. Затем, если мы используем 100: 5 и 1000: 5 CT на первичной и вторичной обмотках, то при нормальных (без ошибок) условиях работы масштабные токи CT будут совпадать по величине. По соединениям первичный и вторичный трансформаторы тока с должным вниманием к точкам (маркировка полярности) можно настроить циркуляционный ток, как показано пунктирной линией.
Никакой ток не будет протекать через ветвь с реле максимального тока, потому что это приведет к нарушению KCL.
Теперь, если внутри устройства возникает внутренняя ошибка, например, прерывистый шквал и т. Д., Тогда нормальный баланс mmf нарушается, т. Е. N 1 I 1 ≠ N 2 I 2. При этом условии вторичные токи CT первичных и вторичных CT не будут совпадать. Результирующий дифференциальный ток будет протекать через реле максимального тока. Если настройка срабатывания реле максимальной токовой защиты близка к нулю, она сразу же заберет и инициирует решение о поездке.
На практике трансформатор не идеален. Следовательно, даже если I 2 = 0, I 1 ≠ 0, это ток намагничивания или (без нагрузки). Таким образом, дифференциальный ток всегда протекает через реле максимального тока.
Поэтому срабатывание реле максимального тока настраивается выше значения тока без нагрузки. Следовательно, мелкие неисправности ниже значения тока нагрузки не могут быть обнаружены. Это снижает чувствительность.
Вернуться к принципам защиты ↑
4.3 Дифференциальная защита шины
В идеале дифференциальная защита является решением для защиты сборных шин. На рисунке 9 показана основная идея. Если ошибка является внешней по отношению к шине, можно видеть, что алгебраическая сумма токов, входящих в шину, равна нулю.
I A + I B + I C + I D + I E = 0
Рисунок 9 - Дифференциальная защита шины
С другой стороны, если неисправность на шине (внутренняя ошибка), эта сумма не равна нулю.
I A + I B + I C + I D + I E = I F
Таким образом, дифференциальная защита может использоваться для защиты шины.
Вернуться к принципам защиты ↑
Ссылка // Основы защиты энергосистемы - выдержка из ИИТ Бомбея NPTEL