در این مقاله در مورد اینکه حفاظت دیفرانسیل چیست، چگونه کار می کند، چه ویژگی های مثبتی دارد، خواهید آموخت. همچنین در مورد کاستی های حفاظت دیفرانسیل خطوط برق صحبت خواهد شد. شما همچنین طرح های عملی برای محافظت از دستگاه ها و خطوط برق را یاد خواهید گرفت.
نوع حفاظتی دیفرانسیل در حال حاضر رایج ترین و سریع ترین نوع حفاظت در نظر گرفته می شود. قادر است سیستم را در برابر اتصال کوتاه فاز به فاز محافظت کند. و در آن دسته از سیستم هایی که از یک نول با زمین محکم استفاده می کنند، به راحتی می تواند از وقوع اتصال کوتاه تک فاز جلوگیری کند. نوع دیفرانسیل حفاظت برای محافظت از خطوط برق، موتورهای پرقدرت، ترانسفورماتورها، ژنراتورها استفاده می شود.
در مجموع دو نوع حفاظت دیفرانسیل وجود دارد:
- با تنش هایی که یکدیگر را متعادل می کنند.
- با جریان در گردش.
این مقاله خواهد بودهر دوی این نوع حفاظت دیفرانسیل به منظور یادگیری هرچه بیشتر در مورد آنها در نظر گرفته می شوند.
محافظت دیفرانسیل با استفاده از جریان های گردشی
اصل این است که جریان ها با هم مقایسه می شوند. و به طور دقیق تر، مقایسه پارامترها در ابتدای عنصر وجود دارد که محافظت از آن و همچنین در انتهای آن انجام می شود. این طرح در اجرای از نوع طولی و عرضی استفاده می شود. اولی برای اطمینان از ایمنی یک خط برق واحد، موتورهای الکتریکی، ترانسفورماتورها، ژنراتورها استفاده می شود. حفاظت از خطوط دیفرانسیل طولی در صنعت برق مدرن بسیار رایج است. نوع دوم حفاظت دیفرانسیل هنگام استفاده از خطوط برق موازی استفاده می شود.
حفاظت دیفرانسیل طولی خطوط و دستگاه ها
برای اجرای حفاظت از نوع طولی، لازم است ترانسفورماتورهای جریان یکسان در دو انتها نصب شوند. سیم پیچ های ثانویه آنها باید با کمک سیم های الکتریکی اضافی که باید به رله های جریان متصل شوند، به صورت سری به یکدیگر متصل شوند. علاوه بر این، این رله های جریان باید به صورت موازی به سیم پیچ های ثانویه متصل شوند. در شرایط عادی و همچنین در صورت وجود یک اتصال کوتاه خارجی، جریان یکسانی در هر دو سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور جریان می یابد که هم از نظر فاز و هم از نظر بزرگی برابر خواهد بود. مقدار کمی کوچکتر از طریق سیم پیچ جریان الکترومغناطیسی رله جریان می یابد. می توانید آن را با استفاده از یک فرمول ساده محاسبه کنید:
Ir=I1-I2.
فرض کنید که وابستگی های جریان ترانسفورماتورها کاملاً مطابقت دارند. بنابراین، تفاوت فوق الذکر در مقادیر فعلی نزدیک یا مساوی صفر است. به عبارت دیگر، Ir=0 و حفاظت در حال حاضر کار نمی کند. سیم‌کشی کمکی که سیم‌پیچ‌های ثانویه ترانسفورماتورها را به هم متصل می‌کند جریان را به گردش در می‌آورد.
طرح حفاظت دیفرانسیل نوع طولی
این مدار حفاظتی دیفرانسیل به شما امکان می دهد مقادیر مساوی از جریان هایی را که از مدار ثانویه ترانسفورماتورها عبور می کنند به دست آورید. بر این اساس، می توان نتیجه گرفت که این طرح حفاظتی به دلیل اصل عملکرد به این نام نامگذاری شده است. در این حالت، ناحیه ای که مستقیماً بین ترانسفورماتورهای جریان قرار دارد به منطقه حفاظتی می افتد. در صورت اتصال کوتاه، در ناحیه حفاظتی، هنگامی که از یک طرف ترانسفورماتور تغذیه می شود، جریان I1 از سیم پیچ رله الکترومغناطیسی عبور می کند. به مدار ثانویه ترانسفورماتور که در طرف دیگر خط نصب شده است ارسال می شود. توجه به این نکته ضروری است که در سیم پیچ ثانویه مقاومت بسیار بالایی وجود دارد. بنابراین، تقریباً هیچ جریانی از آن عبور نمی کند. بر اساس این اصل، حفاظت دیفرانسیل لاستیک، ژنراتور، ترانسفورماتور کار می کند. در صورتی که I1 برابر یا بزرگتر از Ir باشد، حفاظت شروع به کار می کند و گروه تماس سوئیچ ها را باز می کند.
محافظت اتصال کوتاه و مدار
در صورت اتصال کوتاه در داخل منطقه حفاظت شده، هر دودر طرفین، جریانی برابر با مجموع جریان های هر سیم پیچ از رله الکترومغناطیسی عبور می کند. در این حالت حفاظت نیز با بازکردن کنتاکت سوئیچ ها فعال می شود. تمام مثال های فوق فرض می کنند که تمام پارامترهای فنی ترانسفورماتورها دقیقاً یکسان هستند. بنابراین، Ir=0. اما اینها شرایط ایده آلی هستند، در واقعیت، به دلیل تفاوت های کوچک در عملکرد سیستم های مغناطیسی جریان های اولیه، وسایل الکتریکی به طور قابل توجهی با یکدیگر متفاوت هستند، حتی از همان نوع. اگر تفاوت هایی در ویژگی های ترانسفورماتورهای جریان وجود داشته باشد (زمانی که حفاظت فاز دیفرانسیل سازه اجرا می شود)، جریان های مدارهای ثانویه متفاوت خواهند بود، حتی اگر مدارهای اولیه کاملاً یکسان باشند. اکنون باید نحوه عملکرد مدار حفاظت دیفرانسیل در صورت اتصال کوتاه خارجی در خط برق را در نظر بگیریم.
اتصال کوتاه خارجی
در حضور یک اتصال کوتاه خارجی، یک جریان نامتعادل از طریق رله الکترومغناطیسی حفاظت دیفرانسیل جریان می یابد. مقدار آن به طور مستقیم به جریان عبوری از مدار اولیه ترانسفورماتور بستگی دارد. در حالت بار معمولی، مقدار آن کوچک است، اما در حضور یک اتصال کوتاه خارجی، شروع به افزایش می کند. مقدار آن نیز به زمان پس از شروع خطا بستگی دارد. علاوه بر این، باید در چند دوره اول پس از شروع بسته شدن به حداکثر مقدار خود برسد. در این زمان بود که کل اتصال کوتاه I از طریق مدارهای اولیه ترانسفورماتورها جریان می یابد.
همچنین شایان ذکر است که در ابتدا اتصال کوتاه I از دو نوع جریان - مستقیم و متناوب تشکیل شده است. آنها نیز نامیده می شونداجزای دوره ای و دوره ای دستگاه حفاظت دیفرانسیل به گونه ای است که وجود یک جزء غیر پریودیک در جریان همیشه باید باعث اشباع بیش از حد سیستم مغناطیسی ترانسفورماتور شود. در نتیجه، اختلاف پتانسیل عدم تعادل به شدت افزایش می یابد. همانطور که جریان اتصال کوتاه شروع به کاهش می کند، مقدار عدم تعادل سیستم نیز کاهش می یابد. بر اساس این اصل، حفاظت دیفرانسیل ترانسفورماتور انجام می شود.
حساسیت سازه های حفاظتی
همه انواع حفاظت دیفرانسیل سریع عمل می کنند. و آنها در حضور مدارهای کوتاه خارجی کار نمی کنند، بنابراین لازم است رله های الکترومغناطیسی را با در نظر گرفتن حداکثر جریان نامتعادل ممکن در سیستم در حضور یک اتصال کوتاه خارجی انتخاب کنید. شایان ذکر است که این نوع حفاظت از حساسیت فوق العاده پایینی برخوردار است. برای افزایش آن باید شرایط زیادی را رعایت کنید. اولاً، لازم است از ترانسفورماتورهای جریان استفاده شود که مدارهای مغناطیسی را در لحظه ای که جریان از مدار اولیه عبور می کند (صرف نظر از مقدار آن) اشباع نمی شود. ثانیاً، استفاده از وسایل برقی از نوع سریع اشباع مطلوب است. آنها باید به سیم پیچ های ثانویه عناصر محافظت شوند متصل شوند. یک رله الکترومغناطیسی به ترانسفورماتور با اشباع سریع (حفاظت دیفرانسیل جریان تا حد امکان قابل اطمینان می شود) به موازات سیم پیچ ثانویه آن متصل می شود. حفاظت دیفرانسیل ژنراتور یا ترانسفورماتور اینگونه عمل می کند.
افزایش حساسیت
فرض کنید که یک اتصال کوتاه خارجی رخ داده است. در این حالت، جریان مشخصی از مدارهای اولیه ترانسفورماتورهای محافظ، متشکل از اجزای غیر پریودیک و دوره ای عبور می کند. همان "اجزا" در جریان نامتعادلی که از سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور سریع اشباع می شود وجود دارد. در این مورد، مولفه غیر پریودیک جریان به طور قابل توجهی هسته را اشباع می کند. بنابراین، تبدیل جریان به مدار ثانویه رخ نمی دهد. با تضعیف مولفه غیر پریودیک، کاهش قابل توجهی در اشباع مدار مغناطیسی رخ می دهد و به تدریج مقدار جریان خاصی در مدار ثانویه ظاهر می شود. اما حداکثر سطح جریان نامتعادل بسیار کمتر از عدم وجود یک ترانسفورماتور سریع اشباع خواهد بود. بنابراین، می‌توانید با تنظیم مقدار جریان حفاظتی کمتر یا مساوی با حداکثر مقدار اختلاف پتانسیل عدم تعادل، حساسیت را افزایش دهید.
کیفیت های مثبت حفاظت دیفرانسیل
در طول دوره های اول، مدار مغناطیسی به شدت اشباع می شود، تبدیل عملا رخ نمی دهد. اما پس از تجزیه مولفه غیر پریودیک، قسمت تناوبی در مدار ثانویه شروع به تبدیل می کند. ارزش توجه به این واقعیت را دارد که بسیار مهم است. بنابراین رله الکترومغناطیسی کار می کند و مدار محافظت شده را خاموش می کند. سطح بسیار کم تغییر شکل برای تقریباً یک و نیم دوره اول، عملکرد مدار حفاظت را کند می کند. اما این نقش زیادی در ساخت مدارهای حفاظتی مدار عملی ندارد.
حفاظت دیفرانسیل ترانسفورماتور در مواردی که در خارج از منطقه حفاظتی به مدار الکتریکی آسیب وارد شود، کار نمی کند. بنابراین نیازی به تاخیر زمانی و انتخابی نیست. زمان پاسخ حفاظتی بین 0.05 تا 0.1 ثانیه است. این مزیت بزرگ این نوع حفاظت دیفرانسیل است. اما یک مزیت دیگر وجود دارد - درجه بسیار بالایی از حساسیت، به ویژه در هنگام استفاده از یک ترانسفورماتور با اشباع سریع. از جمله مزایای کوچکتر، قابل ذکر است مانند سادگی و قابلیت اطمینان بسیار بالا.
خواص منفی
اما هر دو حفاظت دیفرانسیل طولی و عرضی دارای معایبی هستند. به عنوان مثال، در هنگام قرار گرفتن در معرض اتصال کوتاه از خارج، قادر به محافظت از مدار الکتریکی نیست. همچنین، در صورت قرار گرفتن در معرض اضافه بار قوی، قادر به باز کردن مدار الکتریکی نیست.
متاسفانه، در صورت آسیب دیدن مدار کمکی که سیم پیچ ثانویه به آن وصل شده است، حفاظت می تواند کار کند. اما تمام مزایای حفاظت دیفرانسیل با جریان گردشی این معایب جزئی را قطع می کند. اما آنها قادر به محافظت از خطوط برق با طول بسیار کوتاه، حداکثر یک کیلومتر هستند.
اغلب در اجرای حفاظت از سیم ها استفاده می شود که با کمک آنها دستگاه های مختلف لازم برای عملکرد نیروگاه ها و ژنراتورها تغذیه می شوند. در صورتی که طول خط برق بسیار زیاد باشد، مثلاً چند ده کیلومتر باشد، حفاظت مطابق بااجرای این مدار بسیار دشوار است، زیرا برای اتصال رله های الکترومغناطیسی و سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتورها باید از سیم هایی با سطح مقطع بسیار بزرگ استفاده کرد.
اگر از سیم های استاندارد استفاده می کنید، بار روی ترانسفورماتورهای جریان و همچنین جریان نامتعادل بسیار زیاد خواهد بود. اما در مورد حساسیت، به نظر می رسد بسیار کم است.
طراحی رله های حفاظتی و محدوده مدارها
در خطوط برق بسیار طولانی از مداری استفاده می شود که در آن یک رله محافظ با طراحی خاص وجود دارد. با استفاده از آن، می توانید سطح نرمال حساسیت را فراهم کنید و از سیم های اتصال استاندارد استفاده کنید. حفاظت دیفرانسیل عرضی با مقایسه جریان در دو خط در فاز و بزرگی کار می کند.
حفاظت دیفرانسیل پرسرعت در خطوط برقی که در آنها ولتاژ در محدوده 3-35 هزار ولت جریان دارد استفاده می شود. این محافظت قابل اعتماد در برابر اتصال کوتاه فاز به فاز را فراهم می کند. حفاظت دیفرانسیل به دلیل اینکه شبکه برق با ولتاژهای عملیاتی فوق توسط نول ها زمین نمی شود به صورت دو فاز انجام می شود. در غیر این صورت، خنثی با استفاده از یک لوله قوس به زمین متصل می شود.
سیم های کمکی در طراحی مدارهای محافظ
ترانسفورماتورهای جریان در مجاورت نسبی با یکدیگر هستند. بنابراین، سیم های کمکی نسبتا کوتاه هستند. هنگام استفاده از سیم های با قطر کوچک بر رویترانسفورماتورها در معرض بار نسبتاً کم قرار خواهند گرفت. در مورد جریان عدم تعادل، آن نیز کوچک است. اما درجه حساسیت بسیار بالاست. در صورت قطع شدن هر خط، حفاظت دیفرانسیل جاری می شود، تاخیر زمانی و انتخابی وجود ندارد. برای جلوگیری از هشدارهای کاذب، کنتاکت های کمکی خط مدار را قطع کنید.
محافظت دیفرانسیل مدار Straverse
حفاظت عرضی به طور گسترده در توسعه سیستم های خطی که به طور موازی کار می کنند استفاده می شود. سوئیچ ها در دو طرف خط نصب می شوند. نکته اصلی این است که محافظت از چنین خطوطی با مدارهای ساده بسیار دشوار است. دلیل آن این است که دستیابی به سطح طبیعی گزینش غیرممکن است. برای بهبود گزینش پذیری، تاخیر زمانی باید با دقت انتخاب شود. اما در مورد استفاده از حفاظت دیفرانسیل جهت عرضی، تاخیر زمانی مورد نیاز نیست، انتخاب پذیری بسیار بالا است. او اندام های اصلی دارد:
- جهت قدرت. اغلب از رله های جهت قدرت دو اثره استفاده می شود. گاهی اوقات از یک جفت رله حفاظتی دیفرانسیل تک اثره استفاده می شود که با جهت های قدرت متفاوت عمل می کنند.
- راه اندازی - به عنوان یک قاعده، رله های پرسرعت با حداکثر جریان ممکن در نقش آن استفاده می شود.
طراحی سیستم به گونه ای است که ترانسفورماتورهای جریان با سیم پیچ های ثانویه متصل به مدار جریان گردشی روی خطوط نصب می شوند. اما تمام سیم پیچ های فعلی به صورت سری روشن می شوند، پس از آنچه آنها را با کمک سیم های اضافی به ترانسفورماتور جریان متصل می شود. برای اینکه حفاظت فاز دیفرانسیل کار کند، با استفاده از شینه های تاسیسات، ولتاژ به رله تامین می شود. روی آنهاست که کل کیت نصب شده است. اگر به مدار روشن کردن مدارهای ثانویه ترانسفورماتور و یک رله محافظ نگاه کنید، می توانیم نتیجه بگیریم که چرا آن را "هشت هدایت شده" می نامند. کل سیستم در دو مجموعه ساخته شده است. یک مجموعه در هر انتهای خط وجود دارد که حفاظت دیفرانسیل جریان را برای خط برق فراهم می کند.
مدار رله تک فاز
ولتاژ به رله حفاظتی در فاز معکوس به آنچه برای قطع یک خط با آسیب لازم است، تامین می شود. در عملکرد عادی (از جمله در حضور یک اتصال کوتاه خارجی)، فقط جریان نامتعادل از سیم پیچ های رله عبور می کند. به منظور جلوگیری از ترددهای کاذب، لازم است رله های راه اندازی دارای جریان تریپ بیشتر از جریان نامتعادل باشند. کار محافظت از دو خط را در نظر بگیرید.
در ابتدای اتصال کوتاه مقداری جریان در ناحیه حفاظتی خط دوم جریان دارد. شایان توجه است که:
- رله شروع فعال شد.
- در کنار یک پست، رله جهت برق، کنتاکت های قطع کننده مدار را باز می کند.
- از سمت پست دوم، خط نیز با استفاده از کلیدها قطع می شود.
- در رله جهت قدرت، گشتاور منفی است، بنابراین کنتاکت ها باز هستند.
در سیم پیچ های رله حفاظتی خط اولجهت حرکت جریان (نسبت به خط اول) در طول اتصال کوتاه تغییر می کند. رله جهت قدرت گروه تماس را در حالت باز نگه می دارد. کلیدهای مدار کنار هر دو پست باز می شوند.
فقط چنین حفاظت دیفرانسیل خطی تنها زمانی می تواند به درستی عمل کند که هر دو خط به صورت موازی کار کنند. در صورت خاموش شدن یکی از آنها، اصل عملکرد حفاظت دیفرانسیل نقض می شود. در نتیجه، حفاظت بیشتر منجر به خاموش شدن غیرانتخابی خط دوم در طول اتصال کوتاه خارجی می شود. در این صورت تبدیل به یک جریان جهت دار معمولی می شود و تاخیر زمانی ندارد. برای جلوگیری از این امر، حفاظت متقاطع به طور خودکار در هنگام قطع یک خط با قطع شدن مدار با کنتاکت کمکی غیرفعال می شود.
انواع حفاظت اضافی
جریان قطع رله های راه اندازی باید بیشتر از جریان های نامتعادل در طول اتصال کوتاه خارجی باشد. برای جلوگیری از مثبت کاذب هنگامی که یکی از خطوط قطع می شود و حداکثر جریان بار از خط باقی مانده عبور می کند، لازم است که بیشتر از اختلاف پتانسیل عدم تعادل باشد. اگر یک نوع حفاظت دیفرانسیل عرضی روی خط وجود دارد، درجات اضافی باید ارائه شود.
وقتی خط موازی خاموش می شود، اجازه می دهند از یک خط محافظت شود. معمولاً از آنها برای محافظت در برابر جریان اضافه در طول یک اتصال کوتاه خارجی استفاده می شود (در این مورد حفاظت دیفرانسیل واکنش نشان نمی دهد). علاوه بر این، حفاظت اضافییک نسخه پشتیبان از دیفرانسیل است (اگر دومی شکست خورد).
حفاظت جریان جهت و غیر جهت جریان، قطع و غیره اغلب استفاده می شود.حفاظت دیفرانسیل متقاطع از نظر طراحی ساده، بسیار قابل اعتماد است و در شبکه های برق با ولتاژهای 35 هزار ولت یا ولتاژ بسیار مورد استفاده قرار گرفته است. بیشتر. حفاظت دیفرانسیل اینگونه عمل می کند، اصل عملکرد آن بسیار ساده است، اما برای درک همه پیچیدگی ها، هنوز باید حداقل اصول اولیه مهندسی برق را بدانید.
