In dem Artikel erfahren Sie, was Differentialschutz ist, wie er funktioniert, welche positiven Eigenschaften er hat. Es wird auch darüber gesprochen, was die Mängel des Differentialschutzes von Stromleitungen sind. Außerdem lernen Sie praktische Schemata zum Schutz von Geräten und Stromleitungen kennen.
Die Differentialschutzart gilt derzeit als die gebräuchlichste und schnellste. Es ist in der Lage, das System vor Phasenkurzschlüssen zu schützen. Und in Systemen, die einen fest geerdeten Neutralleiter verwenden, kann es das Auftreten von einphasigen Kurzschlüssen leicht verhindern. Die Differentialschutzart wird verwendet, um Stromleitungen, Hochleistungsmotoren, Transformatoren, Generatoren zu schützen.
Es gibt insgesamt zwei Arten von Differentialschutz:
- Mit Spannungen, die sich gegenseitig ausgleichen.
- Mit Kreisstrom.
Dieser Artikel wirdbeide Arten des Differentialschutzes werden betrachtet, um so viel wie möglich über sie zu lernen.
Differentialschutz durch Kreisströme
Das Prinzip ist, dass Ströme verglichen werden. Genauer gesagt findet sowohl am Anfang des Elements, dessen Schutz durchgeführt wird, als auch am Ende ein Parametervergleich statt. Dieses Schema wird bei der Implementierung des Längs- und Quertyps verwendet. Erstere werden verwendet, um die Sicherheit einer einzelnen Stromleitung, Elektromotoren, Transformatoren und Generatoren zu gewährleisten. Längsdifferentialschutz ist in der modernen Energiewirtschaft weit verbreitet. Die zweite Art des Differentialschutzes wird verwendet, wenn Stromleitungen parallel betrieben werden.
Längsdifferentialschutz von Leitungen und Geräten
Zur Realisierung des Längstypschutzes müssen an beiden Enden die gleichen Stromwandler eingebaut werden. Ihre Sekundärwicklungen müssen mit Hilfe zusätzlicher elektrischer Drähte, die an Stromrelais angeschlossen werden müssen, in Reihe gesch altet werden. Außerdem müssen diese Stromrelais parallel zu den Sekundärwicklungen gesch altet werden. Unter normalen Bedingungen sowie bei einem externen Kurzschluss fließt in beiden Primärwicklungen des Transformators derselbe Strom, der sowohl in Phase als auch in Größe gleich ist. Ein etwas kleinerer Wert fließt durch die elektromagnetische Stromwicklung des Relais. Sie können es mit einer einfachen Formel berechnen:
Ir=I1-I2.
Gehen Sie davon aus, dass die Stromabhängigkeiten der Transformatoren vollständig übereinstimmen. Daher ist die oben erwähnte Differenz der Stromwerte nahe oder gleich Null. Mit anderen Worten, Ir=0 und der Schutz funktioniert derzeit nicht. Die Hilfskabel, die die Sekundärwicklungen der Transformatoren verbinden, zirkulieren Strom.
Differentialschutzsystem vom Längstyp
Diese Differentialschutzsch altung ermöglicht es Ihnen, gleiche Werte von Strömen zu erh alten, die durch den Sekundärkreis von Transformatoren fließen. Daraus können wir schließen, dass dieses Schutzsystem aufgrund des Funktionsprinzips so benannt wurde. In diesem Fall fällt der Bereich, der sich direkt zwischen den Stromwandlern befindet, in die Schutzzone. Im Falle eines Kurzschlusses im Schutzbereich fließt bei einseitiger Speisung des Transformators der Strom I1 durch die Wicklung des elektromagnetischen Relais. Es wird an den Sekundärkreis des Transformators gesendet, der auf der anderen Seite der Leitung installiert ist. Es ist darauf zu achten, dass in der Sekundärwicklung ein sehr hoher Widerstand vorhanden ist. Daher fließt fast kein Strom durch ihn hindurch. Nach diesem Prinzip funktioniert der Differentialschutz von Reifen, Generatoren, Transformatoren. Falls sich herausstellt, dass I1 gleich oder größer als Ir ist, beginnt der Schutz zu arbeiten und öffnet die Kontaktgruppe der Sch alter.
Kurzschluss- und Kurzschlussschutz
Im Falle eines Kurzschlusses innerhalb des geschützten Bereichs beidesSeiten fließt ein Strom durch das elektromagnetische Relais, der gleich der Summe der Ströme jeder Wicklung ist. Auch in diesem Fall wird der Schutz durch Öffnen der Kontakte der Sch alter aktiviert. Alle obigen Beispiele gehen davon aus, dass alle technischen Parameter der Transformatoren genau gleich sind. Daher ist Ir=0. Dies sind jedoch ideale Bedingungen. In der Realität unterscheiden sich Elektrogeräte aufgrund geringfügiger Unterschiede in der Leistung von Magnetsystemen für Primärströme erheblich voneinander, selbst wenn sie vom gleichen Typ sind. Wenn es Unterschiede in den Eigenschaften von Stromwandlern gibt (wenn ein Differentialphasenschutz der Struktur implementiert ist), unterscheiden sich die Ströme der Sekundärkreise, selbst wenn die Primärkreise absolut gleich sind. Nun müssen wir uns überlegen, wie die Differentialschutzsch altung im Falle eines externen Kurzschlusses auf der Stromleitung funktioniert.
Externer Kurzschluss
Bei Vorhandensein eines externen Kurzschlusses fließt ein unsymmetrischer Strom durch das elektromagnetische Differentialschutzrelais. Sein Wert hängt direkt davon ab, welcher Strom durch den Primärkreis des Transformators fließt. Im normalen Lastmodus ist sein Wert klein, aber bei Vorhandensein eines externen Kurzschlusses beginnt er zu steigen. Sein Wert hängt auch von der Zeit nach Beginn des Fehlers ab. Außerdem sollte er in den ersten Perioden nach Schließungsbeginn seinen Maximalwert erreichen. Zu diesem Zeitpunkt fließt der gesamte I-Kurzschluss durch die Primärkreise der Transformatoren.
Es ist auch erwähnenswert, dass zunächst ich Kurzschluss besteht aus zwei Stromarten - direkt und alternierend. Sie werden auch gerufenaperiodische und periodische Komponenten. Die Differentialschutzvorrichtung ist so ausgelegt, dass das Vorhandensein einer aperiodischen Komponente im Strom immer eine übermäßige Sättigung des Magnetsystems des Transformators verursachen muss. Folglich steigt die Unsymmetrie-Potentialdifferenz stark an. Wenn der Kurzschlussstrom abzunehmen beginnt, nimmt auch der Unsymmetriewert des Systems ab. Nach diesem Prinzip erfolgt ein Differentialschutz des Transformators.
Empfindlichkeit von Schutzstrukturen
Alle Arten von Differentialschutz wirken schnell. Und sie funktionieren nicht bei externen Kurzschlüssen, daher müssen elektromagnetische Relais ausgewählt werden, wobei der maximal mögliche Unsymmetriestrom im System bei externen Kurzschlüssen zu berücksichtigen ist. Es ist zu beachten, dass diese Art von Schutz eine äußerst geringe Empfindlichkeit aufweist. Um es zu erhöhen, müssen Sie viele Bedingungen erfüllen. Erstens müssen Stromwandler verwendet werden, die die Magnetkreise in dem Moment nicht sättigen, in dem Strom durch den Primärkreis fließt (unabhängig von seinem Wert). Zweitens ist es wünschenswert, Elektrogeräte vom schnell sättigenden Typ zu verwenden. Sie müssen mit den Sekundärwicklungen der zu schützenden Elemente verbunden werden. Ein elektromagnetisches Relais ist parallel zu seiner Sekundärwicklung an einen schnell sättigenden Transformator angeschlossen (Stromdifferentialschutz wird so zuverlässig wie möglich). So funktioniert Generator- oder Transformatordifferentialschutz.
Empfindlichkeit erhöhen
Annehmen, dass ein externer Kurzschluss aufgetreten ist. Dabei fließt durch die Primärkreise von Schutztransformatoren ein bestimmter Strom, der aus aperiodischen und periodischen Komponenten besteht. Die gleichen "Komponenten" sind im Unsymmetriestrom vorhanden, der durch die Primärwicklung eines schnell sättigenden Transformators fließt. In diesem Fall sättigt die aperiodische Komponente des Stroms den Kern erheblich. Daher findet die Transformation des Stroms in den Sekundärkreis nicht statt. Mit der Dämpfung der aperiodischen Komponente tritt eine signifikante Abnahme der Sättigung des Magnetkreises auf, und im Sekundärkreis beginnt allmählich ein bestimmter Stromwert zu erscheinen. Der maximale Wert des Ungleichgewichtsstroms ist jedoch viel geringer als ohne einen schnell sättigenden Transformator. Daher können Sie die Empfindlichkeit erhöhen, indem Sie den Wert des Schutzstroms kleiner oder gleich dem Maximalwert der Unsymmetrie-Potenzialdifferenz einstellen.
Positive Eigenschaften des Differentialschutzes
Während der ersten Perioden ist der Magnetkreis sehr stark gesättigt, die Umwandlung findet praktisch nicht statt. Aber nachdem die aperiodische Komponente abklingt, beginnt sich der periodische Teil im Sekundärkreis umzuwandeln. Es lohnt sich, darauf zu achten, dass es sehr wichtig ist. Daher spricht das elektromagnetische Relais an und sch altet den geschützten Stromkreis ab. Ein sehr niedriger Transformationsgrad für die ersten ungefähr anderthalb Zeitperioden verlangsamt die Wirkung der Schutzsch altung. Dies spielt aber beim Aufbau praktischer Sch altungsschutzsch altungen keine große Rolle.
Transformator-Differentialschutz funktioniert nicht, wenn der Stromkreis außerhalb der Schutzzone beschädigt ist. Daher sind Zeitverzögerung und Selektivität nicht erforderlich. Die Reaktionszeit des Schutzes liegt zwischen 0,05 und 0,1 Sekunden. Dies ist ein großer Vorteil dieser Art von Differentialschutz. Aber es gibt noch einen weiteren Vorteil - eine sehr hohe Empfindlichkeit, insbesondere bei Verwendung eines schnell sättigenden Transformators. Unter den kleineren Vorteilen sind Einfachheit und sehr hohe Zuverlässigkeit hervorzuheben.
Negative Eigenschaften
Aber sowohl Längs- als auch Querdifferentialschutz haben Nachteile. Beispielsweise ist es nicht in der Lage, den Stromkreis vor Kurzschlüssen von außen zu schützen. Außerdem ist es nicht in der Lage, den Stromkreis bei starker Überlastung zu öffnen.
Leider kann der Schutz funktionieren, wenn der Hilfsstromkreis beschädigt ist, an dem die Sekundärwicklung angeschlossen ist. Aber alle Vorteile des Differentialschutzes mit Kreisstrom unterbrechen diese kleinen Nachteile. Aber sie sind in der Lage, Stromleitungen von sehr kurzer Länge zu schützen, nicht länger als einen Kilometer.
Sie werden sehr häufig bei der Implementierung des Schutzes von Kabeln verwendet, mit deren Hilfe verschiedene Geräte mit Strom versorgt werden, die für den Betrieb von Kraftwerken und Generatoren erforderlich sind. Für den Fall, dass die Länge der Stromleitung sehr groß ist, beträgt sie beispielsweise mehrere zehn Kilometer, schutzgemäßDiese Sch altung ist sehr schwierig auszuführen, da zum Anschließen von elektromagnetischen Relais und der Sekundärwicklung von Transformatoren Drähte mit einem sehr großen Querschnitt verwendet werden müssen.
Wenn Sie Standardkabel verwenden, wird die Belastung der Stromwandler zu groß, ebenso wie der Unsymmetriestrom. Aber was die Empfindlichkeit angeht, stellt sich heraus, dass sie extrem niedrig ist.
Bauformen von Schutzrelais und Umfang der Sch altung
In sehr langen Stromleitungen wird ein Stromkreis verwendet, in dem sich ein Schutzrelais in besonderer Ausführung befindet. Damit können Sie eine normale Empfindlichkeit bereitstellen und Standard-Verbindungskabel verwenden. Der Querdifferentialschutz funktioniert, indem er den Strom in zwei Leitungen in Phasen und Größen vergleicht.
Hochgeschwindigkeits-Differentialschutz wird in Stromleitungen verwendet, in denen Spannungen im Bereich von 3-35.000 Volt fließen. Dies bietet einen zuverlässigen Schutz gegen Leiter-Leiter-Kurzschluss. Der Differentialschutz wird zweiphasig ausgeführt, da das Stromnetz mit den oben genannten Betriebsspannungen nicht durch Neutralleiter geerdet ist. Andernfalls wird der Neutralleiter über einen Lichtbogenschacht mit Masse verbunden.
Hilfsleitungen beim Aufbau von Schutzsch altungen
Stromwandler sind relativ nah beieinander. Daher sind die Hilfsdrähte ziemlich kurz. Bei Verwendung von Drähten mit kleinem Durchmesser aufTransformatoren werden einer relativ geringen Belastung ausgesetzt. Der Unsymmetriestrom ist ebenfalls klein. Aber die Empfindlichkeit ist sehr hoch. Im Falle einer Unterbrechung einer Leitung wird der Differentialschutz aktiv, es gibt keine Zeitverzögerung und Selektivität. Um Fehlalarme zu vermeiden, trennen Linienhilfskontakte den Stromkreis.
Differenzialschutz des Querkreises
Der Querschutz ist bei der Entwicklung parallel arbeitender Leitungssysteme weit verbreitet. Auf beiden Seiten der Leitung sind Weichen installiert. Unterm Strich sind solche Leitungen mit einfachen Sch altungen nur sehr schwer zu schützen. Der Grund dafür ist, dass es unmöglich ist, ein normales Maß an Selektivität zu erreichen. Um die Selektivität zu verbessern, muss die Zeitverzögerung sorgfältig ausgewählt werden. Bei Verwendung eines quergerichteten Differentialschutzes wird die Zeitverzögerung jedoch nicht benötigt, die Selektivität ist ziemlich hoch. Sie hat wichtige Organe:
- Leistungsrichtung. Häufig werden doppelt wirkende Leistungsrichtungsrelais verwendet. Manchmal wird ein Paar einfachwirkender Differentialschutzrelais verwendet, die mit unterschiedlichen Stromrichtungen arbeiten.
- Starten - In seiner Rolle werden in der Regel Hochgeschwindigkeitsrelais mit dem maximal möglichen Strom verwendet.
Die Anlage ist so ausgelegt, dass an den Leitungen Stromwandler mit Sekundärwicklungen im Kreisstromkreis installiert sind. Aber alle Stromwicklungen werden danach in Reihe gesch altetwas sie mit Hilfe von zusätzlichen Drähten mit den Stromwandlern verbunden sind. Damit der Phasendifferentialschutz funktioniert, wird das Relais über die Sammelschienen der Installation mit Spannung versorgt. Auf ihnen wird das gesamte Kit installiert. Wenn Sie sich die Sch altung zum Einsch alten der Sekundärkreise von Transformatoren und eines Schutzrelais ansehen, können wir feststellen, warum sie als „gerichtete Acht“bezeichnet wird. Das gesamte System wird in zwei Sätzen hergestellt. An jedem Ende der Leitung befindet sich ein Satz, der einen Stromdifferentialschutz für die Stromleitung bietet.
Einphasige Relaissch altung
Die Spannung zum Schutzrelais wird in Gegenphase zu der Spannung geliefert, die zum Trennen einer beschädigten Leitung erforderlich ist. Im Normalbetrieb (auch bei externem Kurzschluss) fließt nur der Unsymmetriestrom durch die Relaiswicklungen. Um Fehlauslösungen zu vermeiden, ist es erforderlich, dass die Startrelais einen Auslösestrom haben, der größer als der Unsymmetriestrom ist. Betrachten Sie die Arbeit zum Schutz von zwei Leitungen.
Zu Beginn des Kurzschlusses fließt etwas Strom in der Schutzzone der zweiten Leitung. Es lohnt sich, darauf zu achten, dass:
- Startrelais aktiviert.
- Auf der Seite einer Unterstation öffnet das Stromrichtungsrelais die Kontakte des Leistungssch alters.
- Von der Seite der zweiten Unterstation wird die Leitung ebenfalls mit Weichen getrennt.
- Im Stromrichtungsrelais ist das Drehmoment negativ, daher sind die Kontakte geöffnet.
In den Wicklungen des ersten Leitungsschutzrelaisdie Richtung der Strombewegung ändert sich (relativ zur ersten Leitung) während eines Kurzschlusses. Das Leistungsrichtungsrelais hält die Kontaktgruppe im geöffneten Zustand. Die Leistungssch alter auf der Seite beider Unterstationen öffnen.
Nur ein solcher Leitungsdifferentialschutz kann nur dann richtig funktionieren, wenn beide Leitungen parallel laufen. Für den Fall, dass einer von ihnen ausgesch altet wird, wird das Funktionsprinzip des Differentialschutzes verletzt. Folglich führt ein weiterer Schutz bei externen Kurzschlüssen zu einer nicht selektiven Absch altung der zweiten Leitung. In diesem Fall wird es zu einem gewöhnlichen gerichteten Strom und hat keine Zeitverzögerung. Um dies zu vermeiden, wird der Querrichtungsschutz beim Trennen einer Leitung automatisch deaktiviert, indem der Stromkreis mit dem Hilfskontakt unterbrochen wird.
Weitere Schutzarten
Die Auslöseströme der Startrelais müssen größer sein als die Unsymmetrieströme bei einem externen Kurzschluss. Um Fehlalarme zu vermeiden, wenn eine der Leitungen getrennt wird und der maximale Laststrom durch die verbleibende Leitung fließt, muss dieser größer als die Unsymmetrie-Potentialdifferenz sein. Wenn auf der Leitung ein transversaler Differentialschutz vorhanden ist, müssen zusätzliche Abstufungen vorgesehen werden.
Sie ermöglichen den Schutz einer Leitung, wenn die parallele abgesch altet wird. Typischerweise werden sie als Überstromschutz bei einem externen Kurzschluss verwendet (in diesem Fall spricht der Differentialschutz nicht an). Darüber hinaus zusätzlicher Schutzist ein Backup für das Differential (falls letzteres ausgefallen ist).
Häufig verwendet werden gerichteter und ungerichteter Stromschutz, Trennsch alter usw. Der quergerichtete Differentialschutz ist einfach im Aufbau, sehr zuverlässig und wird häufig in Stromnetzen mit Spannungen von 35.000 Volt oder verwendet mehr. So funktioniert der Differentialschutz, sein Funktionsprinzip ist recht einfach, aber Sie müssen trotzdem mindestens die Grundlagen der Elektrotechnik kennen, um alle Feinheiten zu verstehen.
