Příčná a podélná diferenciální ochrana: použití a princip činnosti, výhody a nevýhody

Pro zajištění dlouhodobého provozu elektrických zařízení se používají různé druhy ochrany. Diferenciální ochrana se rozšířila díky své vysoké rychlosti. Používá se v sítích s pevně uzemněným neutrálem pro bezpečný provoz elektrických vedení, elektromotorů, prefabrikátů, transformátorů, autotransformátorů a generátorů od zkratů, ale i pro domácnost použití.

Druhy a vlastnosti práce

Diferenciální ochrana je typ reléové ochrany, který se vyznačuje absolutní selektivitou a velmi vysokou rychlostí odezvy. Existují takové typy diferenciální ochrany: příčná a podélná. Výběr vhodné diferenciální ochrany závisí přímo na situaci, a aby bylo možné ji přesně aplikovat, musíte vědět, v jakých případech se používá, princip fungování a také hlavní nevýhody a omezení.

Podélná ochrana

Podélná diferenciální ochrana musí být instalována jako hlavní pro ochranu výkonných transformátorů a autotransformátorů.

Primární požadavky:

1. Jednotlivé transformátory a autotransformátory od 6300 kVA.
2. Paralelně pracující transformátory a autotransformátory s výkonem od 4000 kVA.
3. Spolehlivá a bezhlučná komunikační linka mezi 2 transformátory.
4. Transformátory a autotransformátory o výkonu 1000 kVA (přerušení proudu nemůže dosáhnout požadovaného citlivost v případě zkratu na svorkách s vysokým napětím, přičemž maximální ochrana by neměla být více než 0,5 sekundy).

Schéma 1 - Podélná diferenciální ochrana transformátoru:

Princip činnosti diferenciální ochrany je redukován na porovnávání hodnot fázových proudů protékajících chráněnými úseky odpovídajících vedení. Používají se proudové transformátory, které slouží k měření síly proudu v chráněném úseku obvodu. Sekundární vinutí těchto transformátorů jsou připojena k proudovým relé, v důsledku čehož rozdíl v proudech dopadá na vinutí relé.

Při normálním provozu bude rozdíl hodnot proudů v obvodu proudového relé nulový. V případě zkratu však do cívky relé nevstoupí rozdíl, ale součet proudů. Kontakty relé se sepnou a je vydán příkaz k úplnému odpojení poškozené části obvodu.

To vše však funguje dobře pouze teoreticky. V reálném případě bude cívkou proudového relé protékat nenulový proud. Tento proud se nazývá nevyvážený proud.

Hlavní důvody pro výskyt nevyváženého proudu na vinutí proudového relé:

1. Charakteristiky proudových transformátorů mají často mírně odlišné charakteristiky. Ve výrobním závodě jsou vyráběny v párech, jejich vlastnosti jsou předběžně kontrolovány a upravovány (změna počet závitů vinutí, aby odpovídaly potřebnému transformačnímu poměru transformátoru chránit).
2. Výskyt magnetizačního proudu, který se objevuje ve vinutích chráněného transformátoru. V normálním režimu dosahuje hodnota tohoto proudu 5 % jmenovitého. Když je transformátor v klidu, může tento proud krátkodobě překročit jmenovitou hodnotu několikanásobně.
3. Rozdílné zapojení primárního a sekundárního vinutí transformátoru (hvězda a trojúhelník). V této interpretaci budou vektory proudů v primárním a sekundárním vinutí posunuty o 30 stupňů, což znesnadní volbu počtu závitů. To lze snadno kompenzovat správným připojením vinutí (trojúhelník na straně hvězdy a hvězda na straně trojúhelníku).

Je třeba vzít v úvahu, že moderní zařízení založená na mikroprocesorech jsou schopna kompenzovat sama o sobě, a proto stačí zadat v nastavení tohoto zařízení.

Boční ochrana

Platí pouze pro vedení vysokého napětí. Příčná diferenciální ochrana vybere a odpojí jedno vadné vedení.

Skládá se z proudového relé pro směr výkonu, které je připojeno jako u podélné diferenciální ochrany z příslušné sekce na rozdíl proudů.

Proud je do relé přiváděn přes sériově zapojené kontakty pro automatický výstup ochrany při odpojení problémového vedení, aby se zabránilo jeho působení v případě zkratu (zkratu). Točivý moment výkonového směrového relé závisí přímo na proudu, napětí a také na úhlu mezi těmito vektorovými veličinami.

V případě zkratu bude hodnota proudu na jednom z vedení větší než na druhém a proud v relé bude mít stejný směr jako v prvním vedení. V důsledku toho relé sepne svůj kontakt (proud bude stačit k přitažení jádra) a diferenciální ochrana vypne vedení s velkou hodnotou proudu. Totéž se stane, když se hodnota jmenovitého proudu ve druhém řádku zvýší, ale druhá skupina stykačů se otevře.

Schéma 2 - Příčná ochrana transformátoru

Princip fungování boční ochrany je přibližně stejný jako u podélné ochrany, ale je zde hlavní rozdíl: proudové transformátory by měly být instalovány na koncích jednotlivých vedení, která jsou k tomu připojena místo.

Výhody a nevýhody

Navzdory širokému použití díky vysoké rychlosti odezvy má každý typ diferenciální ochrany své klady a zápory.

Výhody podélné diferenciální ochrany:

1. Absolutní selektivita.
2. Možnost použití s ​​jinými typy ochrany.
3. Vynikající pro krátké přenosové vedení.
4. Bezodkladné odpojení nouzové části sítě.

Mezi nevýhody podélné ochrany patří:

1. Snížená účinnost při navrhování dlouhých přenosových vedení.
2. Ke korekci diferenciální ochrany jsou potřeba zařízení pro sledování výpadku pomocných vodičů.
3. Vznik nerovnovážného proudu.
4. Vysoká cena při použití relé (relé s brzděním).
5. Velmi složitá realizace (dodatečně jsou vybudovány komunikační linky pro proudové transformátory).

Výhody ochrany proti příčné difrakci:

1. Vysoká selektivita (100 %).
2. Neovlivňuje činnost ostatních relé v obvodu.
3. Okamžitá odezva.

Nevýhody boční ochrany:

1. Je stále více potřeba restartovat ochranu při spuštění.
2. Nepoužívá se jako hlavní a jediná ochrana.
3. Je třeba počítat s mrtvými zónami, kterých je několik.
4. Nelze chránit konce vedení a přípojnice rozvodny.
5. Nelze určit místo zkratu.
6. Nepoužívá se u elektrických vedení, kde je nutné odpojit pouze poškozené úseky.
7. Nelze použít s jističi.
8. Poškozené vedení je nutné zcela odpojit.

Použití v domácnosti

Tyto typy ochrany lze použít pro obytné budovy v sítích s napětím od 230 do 400 voltů, tato zařízení se však nazývají ponorná zařízení. Jsou dvou typů: diferenciální jističe a proudové chrániče. Princip jejich fungování je založen na důsledku Kirchhoffova zákona (I zákon), z něhož vyplývá následující pravidlo: hodnoty příchozích a odchozích proudů musí být stejné. Pokud je generován svodový proud, pak se hodnoty neshodují a chráněná oblast je odpojena.

Hlavní příčiny svodového proudu:

1. Dotýkat se částí zařízení, které jsou napájeny lidmi nebo zvířaty.
2. Poruchy izolace vedení nebo zařízení.

V některých případech se automatika (diferenční zařízení) spouští, když není zátěž (připojení spotřebitelé elektřiny). Hlavním důvodem je porucha zařízení nebo únik proudu v samotné rozvodné skříni. Pokud je však zařízení v dobrém provozním stavu, pak je v tomto případě nutné úplně vypnout všechny stroje po diferenciálním zařízení a zkontrolovat všechny prvky obvodu, zda nedošlo k poškození pouzdra. Pro výběr diferenciální ochrany je nutné vzít v úvahu prostory a vlastnosti elektrických obvodů, které jsou předmětem ochrany.

Diferenciální ochrana je nejlepší volbou pro byty s elektroinstalací bez uzemnění. Pro zajištění nejvyšší účinnosti je nutné nastavit 3-stupňovou ochranu (několik zařízení pro 10, 30 a 100-300 mA).

Pro zajištění bezpečnosti je nutné jej kontrolovat stisknutím tlačítka "Test" alespoň 2x měsíčně, je vhodné to provádět pravidelně.

Difautomaty - lepší ochrana, která plní funkce RCD a jističe. Pokud je v obydlí generátor, který se rozšířil, lze tento typ ochrany použít i na něj. Obvod obsahuje proudové relé, které se připojuje k proudovému transformátoru. Relé musí být instalováno na statoru mezi nulovými body zapojenými do hvězdy. Při běžném provozu ochrana nepracuje, ale při vzniku přepínacího zkratu se objeví rozdíl v magnetických tocích proudového relé a ochrana se spustí.

Lze použít i diferenciální ochranu a pro ochranu proti vícefázovým zkratům. K tomu je třeba zakoupit speciální diferenciální zařízení pro vícefázovou ochranu.

Zlepšení účinnosti diferenciální ochrany

Navzdory obrovskému množství výhod oproti jiným typům ochrany vyžaduje diferenciální ochrana zvýšení účinnosti jejího provozu v případě nouze při provozu generátorů. Chcete-li to provést, musíte dodržovat následující pravidla:

1. Zařazení přídavných rezistorů k měřicím proudovým relé.
2. Minimalizace aperiodických hodnot a nastavení mezí pro přechodné nesymetrické proudy.
3. Aplikace relé se zpožděnou dobou odezvy.

Diferenciální ochrana se tedy široce používá k zajištění stabilního provozu elektrických zařízení a elektrických vedení, ochrana před požáry a světlicemi, nepředvídanými finančními náklady, jakož i pro zachování života a zdraví osoba.