Makalede diferansiyel korumanın ne olduğunu, nasıl çalıştığını, hangi olumlu niteliklere sahip olduğunu öğreneceksiniz. Ayrıca, elektrik hatlarının diferansiyel korumasının eksikliklerinin neler olduğu hakkında konuşacaktır. Cihazları ve elektrik hatlarını korumaya yönelik pratik şemaları da öğreneceksiniz.
Diferansiyel koruma türü şu anda en yaygın ve en hızlı olarak kabul edilmektedir. Sistemi faz-faz kısa devrelerden koruyabilir. Ve sağlam bir şekilde topraklanmış nötr kullanan sistemlerde, tek fazlı kısa devrelerin oluşmasını kolayca önleyebilir. Diferansiyel koruma türü, elektrik hatlarını, yüksek güçlü motorları, transformatörleri, jeneratörleri korumak için kullanılır.
Toplamda iki tür diferansiyel koruma vardır:
- Birbirini dengeleyen gerilimlerle.
- Dolaşım akımı ile.
Bu makaleonlar hakkında mümkün olduğunca çok şey öğrenmek için bu tür diferansiyel korumaların her ikisi de dikkate alınır.
Dolaşım akımlarını kullanarak diferansiyel koruma
İlke, akımların karşılaştırılmasıdır. Ve daha kesin olmak gerekirse, korunması gerçekleştirilen elemanın başında ve sonunda parametrelerin bir karşılaştırması vardır. Bu şema, boyuna tip ve enine uygulanmasında kullanılır. Birincisi, tek bir güç hattının, elektrik motorlarının, transformatörlerin, jeneratörlerin güvenliğini sağlamak için kullanılır. Uzunlamasına diferansiyel hat koruması, modern enerji endüstrisinde çok yaygındır. İkinci tip diferansiyel koruma, paralel çalışan güç hatları kullanıldığında kullanılır.
Hatların ve cihazların boyuna diferansiyel koruması
Boyuna tip koruma uygulamak için her iki uca da aynı akım trafolarının takılması gerekir. Bunların sekonder sargıları, akım rölelerine bağlanması gereken ek elektrik telleri yardımıyla birbirine seri olarak bağlanmalıdır. Ayrıca bu akım röleleri sekonder sargılara paralel bağlanmalıdır. Normal koşullar altında ve harici bir kısa devre varlığında, transformatörlerin her iki birincil sargısında da aynı akım akacaktır, bu hem faz hem de büyüklük olarak eşit olacaktır. Rölenin elektromanyetik akım sargısından biraz daha küçük bir değer akacaktır. Basit bir formül kullanarak hesaplayabilirsiniz:
Ir=I1-I2.
Transformatörlerin akım bağımlılıklarının tamamen eşleşeceğini varsayalım. Bu nedenle, mevcut değerlerde yukarıda belirtilen fark sıfıra yakın veya eşittir. Başka bir deyişle, Ir=0 ve koruma şu anda çalışmıyor. Trafoların sekonder sargılarını birbirine bağlayan yardımcı kablolama akımı dolaştırır.
Boyuna tip diferansiyel koruma şeması
Bu diferansiyel koruma devresi, transformatörlerin sekonder devresinden geçen akımların eşit değerlerini elde etmenizi sağlar. Buna dayanarak, bu koruma planının çalışma prensibi nedeniyle böyle adlandırıldığı sonucuna varabiliriz. Bu durumda doğrudan akım trafoları arasında bulunan alan koruma bölgesine girer. Kısa devre olması durumunda, koruma bölgesinde trafonun bir tarafından güç verildiğinde I1 akımı elektromanyetik rölenin sargısından geçer. Hattın diğer tarafında kurulu olan transformatörün sekonder devresine gönderilir. Sekonder sargıda çok yüksek bir direnç olduğu gerçeğine dikkat etmek gerekir. Bu nedenle, içinden neredeyse hiç akım geçmez. Bu prensibe göre lastiklerin, jeneratörlerin, transformatörlerin diferansiyel koruması çalışır. I1 değerinin Ir değerine eşit veya daha büyük olduğu ortaya çıkarsa, koruma çalışmaya başlar ve anahtarların kontak grubunu açar.
Kısa devre ve devre koruması
Korunan alan içinde kısa devre olması durumunda, her ikisi deyanlarda, elektromanyetik röleden her sargının akımlarının toplamına eşit bir akım akar. Bu durumda anahtarların kontakları açılarak koruma da devreye girer. Yukarıdaki örneklerin tümü, transformatörlerin tüm teknik parametrelerinin tamamen aynı olduğunu varsaymaktadır. Bu nedenle, Ir=0. Ancak bunlar ideal koşullardır, gerçekte, birincil akımların manyetik sistemlerinin performansındaki küçük farklılıklar nedeniyle, elektrikli cihazlar aynı tipte bile birbirinden önemli ölçüde farklıdır. Akım trafolarının özelliklerinde farklılıklar varsa (yapının diferansiyel faz koruması uygulandığında), birincil devreler kesinlikle aynı olsa bile ikincil devrelerin akımları farklı olacaktır. Şimdi güç hattında harici bir kısa devre olması durumunda diferansiyel koruma devresinin nasıl çalıştığını düşünmemiz gerekiyor.
Harici kısa devre
Harici bir kısa devre olması durumunda, diferansiyel koruma elektromanyetik rölesinden bir dengesizlik akımı akacaktır. Değeri doğrudan, transformatörün birincil devresinden hangi akımın geçtiğine bağlıdır. Normal yük modunda değeri küçüktür, ancak harici bir kısa devre varlığında artmaya başlar. Değeri ayrıca arızanın başlamasından sonraki zamana da bağlıdır. Ayrıca kapanışın başlamasından sonraki ilk birkaç dönemde maksimum değerine ulaşmalıdır. Bu sırada tüm I kısa devresi transformatörlerin birincil devrelerinden geçer.
İlk başta kısa devrenin iki tür akımdan oluştuğunu da belirtmekte fayda var - doğrudan ve alternatif. Onlar da denirperiyodik olmayan ve periyodik bileşenler. Diferansiyel koruma cihazı, akımda periyodik olmayan bir bileşenin varlığının her zaman transformatör manyetik sisteminin aşırı doygunluğuna neden olması gerektiği şekildedir. Sonuç olarak, dengesizlik potansiyel farkı keskin bir şekilde artar. Kısa devre akımı azalmaya başladığında sistemin dengesizlik değeri de azalır. Bu prensibe göre transformatörün diferansiyel koruması gerçekleştirilir.
Koruyucu yapıların hassasiyeti
Tüm diferansiyel koruma türleri hızlı hareket eder. Ve harici kısa devrelerin varlığında çalışmazlar, bu nedenle harici bir kısa devre varlığında sistemdeki olası maksimum dengesizlik akımını dikkate alarak elektromanyetik röleleri seçmek gerekir. Bu tür bir korumanın son derece düşük bir hassasiyete sahip olmasına dikkat etmekte fayda var. Artırmak için birçok koşulu yerine getirmelisiniz. İlk olarak, akımın birincil devreden geçtiği anda (değeri ne olursa olsun) manyetik devreleri doyurmayan akım trafoları kullanmak gerekir. İkinci olarak, hızlı doygun tipte elektrikli aletlerin kullanılması arzu edilir. Korunacak elemanların sekonder sargılarına bağlanmalıdır. Bir elektromanyetik röle, sekonder sargısına paralel olarak hızlı doygun bir transformatöre (akım diferansiyel koruması mümkün olduğunca güvenilir hale gelir) bağlanır. Jeneratör veya trafo diferansiyel koruması bu şekilde çalışır.
Hassasiyeti artır
Harici bir kısa devre meydana geldiğini varsayın. Bu durumda, periyodik olmayan ve periyodik bileşenlerden oluşan koruyucu transformatörlerin birincil devrelerinden belirli bir akım akar. Aynı "bileşenler", hızlı doygun bir transformatörün birincil sargısından akan dengesizlik akımında bulunur. Bu durumda, akımın periyodik olmayan bileşeni, çekirdeği önemli ölçüde doyurur. Bu nedenle akımın ikincil devreye dönüşümü gerçekleşmez. Periyodik bileşenin zayıflamasıyla, manyetik devrenin doygunluğunda önemli bir azalma meydana gelir ve ikincil devrede kademeli olarak belirli bir akım değeri görünmeye başlar. Ancak, maksimum dengesizlik akımı seviyesi, hızlı doygun bir transformatörün yokluğundan çok daha az olacaktır. Bu nedenle, koruma akım değerini dengesizlik potansiyel farkının maksimum değerinden küçük veya ona eşit olarak ayarlayarak hassasiyeti artırabilirsiniz.
Diferansiyel korumanın olumlu nitelikleri
İlk periyotlarda manyetik devre çok güçlü bir şekilde doygun hale gelir, dönüşüm pratikte gerçekleşmez. Ancak periyodik olmayan bileşen bozunduktan sonra, periyodik kısım ikincil devrede dönüşmeye başlar. Çok önemli olduğu gerçeğine dikkat etmeye değer. Bu nedenle elektromanyetik röle, korumalı devreyi çalıştırır ve kapatır. İlk yaklaşık bir buçuk zaman periyodu için çok düşük bir dönüşüm seviyesi, koruma devresinin hareketini yavaşlatır. Ancak bu, pratik devre koruma devrelerinin yapımında büyük bir rol oynamaz.
Trafo diferansiyel koruması, koruma bölgesi dışında elektrik devresinde hasar olduğu durumlarda çalışmaz. Bu nedenle, zaman gecikmesi ve seçicilik gerekli değildir. Koruma yanıt süresi 0,05 ila 0,1 saniye arasında değişir. Bu, bu tür diferansiyel korumanın büyük bir avantajıdır. Ancak başka bir avantaj daha var - özellikle hızlı doygun bir transformatör kullanırken çok yüksek derecede hassasiyet. Daha küçük avantajlar arasında, basitlik ve çok yüksek güvenilirlik gibi dikkat çekicidir.
Olumsuz özellikler
Ancak hem uzunlamasına hem de enine diferansiyel korumanın dezavantajları vardır. Örneğin dışarıdan kısa devrelere maruz kaldığında elektrik devresini koruyamaz. Ayrıca, güçlü bir aşırı yüke maruz kaldığında elektrik devresini açamaz.
Maalesef sekonder sargının bağlı olduğu yardımcı devre hasar görürse koruma çalışabilir. Ancak, sirkülasyon akımı ile diferansiyel korumanın tüm avantajları, bu küçük dezavantajları kesintiye uğratır. Ancak bir kilometreyi geçmeyen çok kısa uzunluktaki elektrik hatlarını koruyabilirler.
Güç istasyonlarının ve jeneratörlerin çalışması için gerekli çeşitli cihazlara güç sağlayan tellerin korunmasının uygulanmasında çok sık kullanılırlar. Elektrik hattının uzunluğunun çok büyük olması durumunda, örneğin, birkaç on kilometre olması durumunda, korumabu devrenin gerçekleştirilmesi çok zordur, çünkü elektromanyetik röleleri ve transformatörlerin sekonder sargılarını bağlamak için çok büyük kesitli teller kullanmak gerekir.
Standart teller kullanırsanız, akım trafolarındaki yük ve dengesiz akım çok büyük olacaktır. Ama hassasiyete gelince, son derece düşük çıkıyor.
Koruma rölelerinin tasarımları ve devrelerin kapsamı
Çok uzun enerji hatlarında özel tasarım koruyucu rölenin bulunduğu devre kullanılır. Bununla birlikte, normal bir hassasiyet seviyesi sağlayabilir ve standart bağlantı kablolarını kullanabilirsiniz. Enine diferansiyel koruma, akımı faz ve büyüklük olarak iki hatta karşılaştırarak çalışır.
Yüksek hızlı diferansiyel koruma, 3-35 bin volt aralığında gerilimin aktığı elektrik hatlarında kullanılır. Bu, faz-faz kısa devreye karşı güvenilir koruma sağlar. Diferansiyel koruma, yukarıdaki çalışma voltajlarına sahip güç şebekesinin nötrler tarafından topraklanmaması nedeniyle iki fazlı olarak gerçekleştirilir. Aksi takdirde nötr, bir ark oluğu vasıtasıyla toprağa bağlanır.
Koruyucu devrelerin tasarımında yardımcı teller
Akım trafoları birbirine görece yakındır. Bu nedenle yardımcı teller oldukça kısadır. Küçük çaplı teller kullanırkentransformatörler nispeten düşük bir yüke maruz kalacaktır. Dengesizlik akımına gelince, o da küçüktür. Ancak hassasiyet derecesi çok yüksektir. Herhangi bir hattın kesilmesi durumunda diferansiyel koruma devreye girer, zaman gecikmesi ve seçicilik olmaz. Yanlış alarmları önlemek için hat yardımcı kontakları devreyi ayırın.
Çapraz devre diferansiyel koruması
Enine koruma, paralel olarak çalışan hat sistemlerinin geliştirilmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Anahtarlar hattın her iki tarafına da monte edilmiştir. Sonuç olarak, bu tür hatların basit devrelerle korunması çok zordur. Bunun nedeni, normal bir seçicilik düzeyine ulaşmanın imkansız olmasıdır. Seçiciliği artırmak için zaman gecikmesi dikkatlice seçilmelidir. Ancak enine yönlendirilmiş bir diferansiyel koruma kullanılması durumunda zaman gecikmesine gerek yoktur, seçicilik oldukça yüksektir. Önemli organları var:
- Güç yönü. Çift etkili güç yönü röleleri sıklıkla kullanılır. Bazen farklı güç yönleriyle çalışan bir çift tek etkili diferansiyel koruma rölesi kullanılır.
- Başlangıç - kural olarak, rolünde mümkün olan maksimum akıma sahip yüksek hızlı röleler kullanılır.
Sistemin tasarımı, sirkülasyon akım devresine bağlı sekonder sargılı akım trafolarının hatlara kurulacağı şekildedir. Ancak tüm mevcut sargılar seri olarak açılır, sonraakım trafolarına ek teller yardımıyla ne bağlandıkları. Diferansiyel faz korumanın çalışabilmesi için tesisatların baraları kullanılarak röleye gerilim verilir. Tüm kitin kurulu olduğu üzerlerinde. Transformatörlerin ikincil devrelerini ve koruyucu bir röleyi açmak için devreye bakarsanız, neden “yönlendirilmiş sekiz” olarak adlandırıldığı sonucuna varabiliriz. Tüm sistem iki set halinde yapılmıştır. Hattın her bir ucunda, güç hattı için akım diferansiyel koruması sağlayan bir set vardır.
Tek fazlı röle devresi
Koruma rölesine giden voltaj, hasarlı bir hattın bağlantısını kesmek için gerekenin ters fazında sağlanır. Normal çalışmada (harici bir kısa devre olması dahil), röle sargılarından yalnızca dengesizlik akımı akar. Yanlış açmaları önlemek için, başlatma rölelerinin dengesiz akımdan daha büyük bir açma akımına sahip olması gerekir. İki hattı koruma işini düşünün.
Kısa devrenin başlangıcında, ikinci hattın koruma bölgesinde bir miktar akım akar. Şuna dikkat etmekte fayda var:
- Röleyi başlat etkinleştirildi.
- Bir trafo merkezinin yanında, güç yönü rölesi devre kesici kontaklarını açar.
- İkinci trafo merkezinin yanından hat da anahtarlar kullanılarak kesilir.
- Güç yönü rölesinde tork negatiftir, bu nedenle kontaklar açıktır.
İlk hat koruma rölesinin sargılarındakısa devre sırasında akım hareketinin yönü (ilk hatta göre) değişir. Güç yönü rölesi, kontak grubunu açık durumda tutar. Her iki trafo merkezinin yan tarafındaki devre kesiciler açık.
Yalnızca bu tür hat diferansiyel koruması, yalnızca her iki hat paralel olarak çalıştığında düzgün şekilde çalışabilir. Bunlardan birinin kapatılması durumunda, diferansiyel korumanın çalışma prensibi ihlal edilir. Sonuç olarak, daha fazla koruma, harici kısa devreler sırasında ikinci hattın seçici olmayan kapanmasına yol açar. Bu durumda sıradan bir yön akımı olur ve zaman gecikmesi olmaz. Bunu önlemek için, bir hattın bağlantısının kesilmesi sırasında yardımcı kontak ile devre kesilerek çapraz yönlü koruma otomatik olarak devre dışı bırakılır.
Ek koruma türleri
Başlangıç rölelerinin açma akımları, harici bir kısa devre sırasında dengesizlik akımlarından daha büyük olmalıdır. Hatlardan biri kesildiğinde ve kalan hat üzerinden maksimum yük akımı geçtiğinde yanlış pozitiflerden kaçınmak için, bunun dengesizlik potansiyel farkından daha büyük olması gerekir. Hat üzerinde çapraz tipte bir diferansiyel koruma varsa, ek dereceler sağlanmalıdır.
Paralel olan kapatıldığında bir hattın korunmasına izin verecekler. Tipik olarak, bir harici kısa devre sırasında aşırı akım koruması için kullanılırlar (bu durumda diferansiyel koruma tepki vermez). Ayrıca ek korumadiferansiyelin bir yedeğidir (ikincisi başarısız olursa).
Yönlü ve yönsüz akım koruması, kesmeler vb. sıklıkla kullanılır. Çapraz yönlü diferansiyel koruma, tasarımda basittir, çok güvenilirdir ve 35 bin volt veya voltajlı güç şebekelerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. daha fazla. Diferansiyel koruma böyle çalışır, çalışma prensibi oldukça basittir, ancak tüm incelikleri anlamak için en azından elektrik mühendisliğinin temellerini bilmeniz gerekir.
