Дифференциальный трансформатор тока: Принцип действия устройства дифференциального тока: y_kharechko

Содержание

Принцип действия устройства дифференциального тока: y_kharechko — LiveJournal

Category:

Литература
Cancel

Приведена сокращённая информация из моей книги «Защитные устройства модульного исполнения», изданной ООО «АББ Индустри и Стройтехника» в 2008 г. За прошедшие годы была уточнена терминология и изменены некоторые требования к УДТ.

Устройство защитного отключения с помощью встроенного в него дифференциального (суммирующего) трансформатора определяет сумму электрических токов, протекающих в проводниках своей главной цепи, (то есть дифференциальный ток) и разрывает эту цепь, если сумма этих токов превышает заданное значение (отключающий дифференциальный ток) или равна ему.

Для пояснения принципа функционирования дифференциального трансформатора УЗО воспользуемся информацией, приведенной на рис. 4.1.
Дифференциальный трансформатор двухполюсного устройства защитного отключения имеет две первичные обмотки, выполненные двумя проводниками главной цепи УЗО, и одну вторичную обмотку, к которой подключен расцепитель дифференциального тока (расцепитель, вызывающий срабатывание УЗО с выдержкой времени или без нее, когда дифференциальный ток превышает заданное значение).

Рис. 4.1 – Функционирование дифференциального трансформатора устройства защитного отключения

Рассмотрим нормальный режим электрической цепи, при котором отсутствуют какие-либо повреждения основной изоляции опасных токоведущих частей и нет замыкания на землю.
В обоих проводниках главной цепи устройства защитного отключения протекают электрические токи, равные по своему абсолютному значению току нагрузки Iн.
Электрические токи I1 и I2, протекающие в первичных обмотках дифференциального трансформатора, направлены навстречу друг другу и равны между собой по абсолютному значению.

Сумма указанных электрических токов равна нулю.
Магнитные потоки Ф1 и Ф2, создаваемые электрическими токами I1 и I2 в сердечнике дифференциального трансформатора, также направлены навстречу друг другу и равны между собой по абсолютному значению. Магнитные потоки Ф1 и Ф2 взаимно компенсируют друг друга. Поэтому суммарный магнитный поток в сердечнике дифференциального трансформатора равен нулю.
В результате этого абсолютная величина электрического тока Iр, который может протекать в электрической цепи, подключенной ко вторичной обмотке дифференциального трансформатора, также будет равна нулю.
При указанных условиях расцепитель дифференциального тока, который подключен ко вторичной обмотке дифференциального трансформатора, не может сработать. Поэтому в нормальном режиме электрической цепи устройство защитного отключения не размыкает контакты своей главной цепи и, следовательно, не отключает присоединенные к нему внешние электрические цепи.
Рассмотрим аварийный режим электрической цепи, возникший в результате повреждения основной изоляции опасной токоведущей части и ее замыкания на землю.

В аварийном режиме по одному из проводников главной цепи УЗО помимо тока нагрузки Iн протекает ток замыкания на землю Iз. Поэтому абсолютное значение электрического тока, протекающего в одной из первичных обмоток дифференциального трансформатора, превышает абсолютное значение электрического тока, который протекает в другой его первичной обмотке. Сумма электрических токов в проводниках главной цепи устройства защитного отключения будет отлична от нуля.
Магнитные потоки Ф1 и Ф2 в сердечнике дифференциального трансформатора, прямо пропорциональные электрическим токам I1 и I2, не равны между собой по абсолютному значению. Они не могут компенсировать друг друга и поэтому суммарный магнитный поток в сердечнике дифференциального трансформатора отличен от нуля.

Абсолютная величина электрического тока Iр, который протекает в электрической цепи, подключенной ко вторичной обмотке дифференциального трансформатора, также будет больше нуля.
В указанных условиях расцепитель дифференциального тока может сработать под воздействием электрического тока Iр, побуждая устройство защитного отключения разомкнуть свои главные контакты и отключить присоединенные к нему внешние электрические цепи.

В трехфазных электрических цепях применяют трех- и четырехполюсные устройства защитного отключения, которые оснащены дифференциальными трансформаторами, имеющими соответственно три и четыре первичные обмотки. Эти дифференциальные трансформаторы функционируют так же, как и дифференциальный трансформатор двухполюсного УЗО. Векторные суммы электрических токов, протекающих в главных цепях УЗО, они определяют с учетом запаздывания и опережения по фазе электрических токов в проводниках, подключенных к УЗО.

Tags: УДТ, УЗО, дифференциальный ток, дифференциальный трансформатор, расцепитель дифференциального тока, ток замыкания на землю, устройство дифференциального тока, устройство защитного отключения

Барьеры и расположение вне зоны досягаемости рукой
Завершилось обсуждение первой редакции проекта ГОСТ Р 50571.4.41–202Х/МЭК 60364-4-41:2017 «Электроустановки низковольтные. Часть 4. 41.…
Основная изоляция, ограждения и оболочки
Завершилось обсуждение первой редакции проекта ГОСТ Р 50571.4.41–202Х/МЭК 60364-4-41:2017 «Электроустановки низковольтные. Часть 4.41.…
Дополнительная защита
Завершилось обсуждение первой редакции проекта ГОСТ Р 50571.4.41–202Х/МЭК 60364-4-41:2017 «Электроустановки низковольтные. Часть 4.41.…

Photo

Hint http://pics.livejournal.com/igrick/pic/000r1edq

Барьеры и расположение вне зоны досягаемости рукой
Завершилось обсуждение первой редакции проекта ГОСТ Р 50571.4.41–202Х/МЭК 60364-4-41:2017 «Электроустановки низковольтные. Часть 4.41.…
Основная изоляция, ограждения и оболочки
Завершилось обсуждение первой редакции проекта ГОСТ Р 50571.4.41–202Х/МЭК 60364-4-41:2017 «Электроустановки низковольтные. Часть 4.41.…
Дополнительная защита
Завершилось обсуждение первой редакции проекта ГОСТ Р 50571. 4.41–202Х/МЭК 60364-4-41:2017 «Электроустановки низковольтные. Часть 4.41.…

Дифференциальный ток — это… (определение, особенности, виды)

Дифференциальный ток ( I_Δ ) [residual current] (для устройства дифференциального тока) — это среднеквадратическое значение векторной суммы токов, протекающих через главную цепь устройства дифференциального тока [пункт 20.6, 1].

Примечание — Поскольку через главную цепь любого устройства дифференциального тока проходит не менее двух проводников, в главной цепи УДТ протекает не менее двух электрических токов.

Дифференциальный ток ( I_Δ ) [residual current] (для электрической цепи) — это алгебраическая сумма значений электрических токов во всех проводниках, находящихся под напряжением, в одно и то же время в данной точке электрической цепи в электрической установке [пункт 20.7, 1].

Примечание [пункт 20.7 , 1] — Определение термина «дифференциальный ток» в МЭС 826-11-19 сформулировано для электрической цепи. Через главную цепь устройства дифференциального тока, защищающего электрическую цепь, проходят все ее проводники, находящиеся под напряжением. Поэтому дифференциальный ток электрической цепи равен дифференциальному току, определяемому устройством дифференциального тока.

Вышеприведенное примечание из пункта 20.7 ГОСТ 30331.1-2013 [1] очень грамотно, на мой взгляд, прокомментировал Харечко Ю.В. в своей книге [2]:

« Это примечание устанавливает эквивалентность между дифференциальными токами для УДТ и защищаемой им электрической цепи. Продекларированное равенство дифференциальных токов возможно только в тех электрических цепях переменного тока, в состав которых входят фазные и нейтральный проводники. Однако, учитывая запрет на применение PEN-проводников в электроустановках жилых и общественных зданий, торговых предприятий и медицинских учреждений, указанная эквивалентность будет распространяться на большинство вновь монтируемых и реконструируемых электроустановок зданий. Поскольку подавляющая часть электрических цепей в существующих электроустановках зданий выполнена проводниками, имеющими сечение меньше минимально допустимого сечения PEN-проводника – 10 мм² для медного и 16 мм² для алюминиевого, эти электрические цепи состоят только из фазных и нейтральных проводников. »
[2]

Дифференциальный ток не является электрическим током. Поэтому он не может представлять никакой опасности для человека.

Особенности для электрических цепей.

Далее Харечко Ю.В. рассказывает на примерах, чему равен дифференциальных ток:

« В трехфазной четырехпроводной электрической цепи, состоящей из трехфазных проводников и нейтрального проводника, алгебраическая сумма электрических токов в указанных четырех проводниках, находящихся под напряжением, будет равна току защитного проводника (току утечки).
В трехфазной четырехпроводной электрической цепи, состоящей из трех фазных проводников и PEN-проводника, алгебраическая сумма электрических токов в трех проводниках, находящихся под напряжением, то есть фазных проводниках, будет равна току, протекающему в PEN-проводнике.
Электрический ток в PEN-проводнике, как правило, равен сумме токов в нейтральном и защитном проводниках. Причем ток в нейтральном проводнике на несколько порядков больше тока защитного проводника.
В условиях единичного повреждения, когда произошло замыкание на землю, представляющее собой замыкание фазного проводника на защитный проводник в первой электрической системе или на PEN-проводник во второй, алгебраическая сумма электрических токов равна току замыкания на землю.
При нормальных условиях в однофазной двухпроводной электрической цепи, состоящей из фазного и нейтрального проводников, алгебраическая сумма электрических токов в двух проводниках, находящихся под напряжением, также будет равна току защитного проводника. Если однофазную двухпроводную электрическую цепь выполнить фазным проводником и PEN проводником, то для нее нельзя будет определить дифференциальный ток, поскольку имеется только один проводник, находящийся под напряжением. »

Особенности для устройства дифференциального тока.

Обратимся к книге [2], в которой её автор Харечко Ю.В. определил основной фактор воздействующий на УДТ следующим образом:

« Основным фактором, воздействующим на устройство дифференциального тока и инициирующим его оперирование, является дифференциальный ток, который определен в нормативной документации как действующее значение векторной суммы токов, протекающих в главной цепи УДТ. Для определения дифференциального тока УДТ оснащено дифференциальным трансформатором, принцип действия которого проиллюстрирован на рис. 1. »
[2]

Рис. 1. Функционирование дифференциального трансформатора устройства дифференциального тока (рисунок на базе рисунка 1 из [5])

Дифференциальный трансформатор двухполюсного устройства дифференциального тока имеет две первичные обмотки, выполненные двумя проводниками главной цепи УДТ, и одну вторичную обмотку, к которой подключен расцепитель дифференциального тока.

« Под расцепителем дифференциального тока понимают расцепитель, вызывающий срабатывание УДТ с выдержкой времени или без нее, когда дифференциальный ток превышает заданное значение. »
[2]

Рассмотрим нормальные условия оперирования электрической цепи, когда отсутствуют какие-либо повреждения основной изоляции опасных частей, находящихся под напряжением. Через главную цепь УДТ не протекает ток замыкания на землю, поскольку в электрической цепи нет замыкания на землю.

В обоих проводниках главной цепи устройства дифференциального тока протекают электрические токи, равные по своему абсолютному значению току нагрузки I_н (смотрите примечание 1 ниже). То есть электрические токи I₁ и I₂, протекающие в первичных обмотках дифференциального трансформатора, равны между собой по абсолютному значению:

│I₁│ = │I₂│.

« Примечание 1. При отсутствии тока утечки. Если в электрической цепи протекает ток утечки, электрические токи, протекающие в фазном и нейтральном проводниках главной цепи УДТ, отличаются друг от друга приблизительно на величину тока утечки. »
[2]

Поскольку электрические токи, протекающие в главной цепи УДТ, направлены навстречу друг другу, их векторная сумма равна нулю.

Магнитные потоки Ф₁ и Ф₂, создаваемые электрическими токами I₁ и I₂ в сердечнике дифференциального трансформатора, также направлены навстречу друг другу и равны между собой по абсолютному значению. Поскольку указанные магнитные потоки взаимно компенсируют друг друга, суммарный магнитный поток в сердечнике дифференциального трансформатора равен нулю.

Следовательно, абсолютная величина электрического тока, который может протекать в электрической цепи, подключенной к вторичной обмотке дифференциального трансформатора, также будет равна нулю:

│I_р│ = 0.

Поэтому в нормальных условиях расцепитель дифференциального тока не может инициировать срабатывание УДТ, которое, в свою очередь, не отключает присоединенные к нему внешние электрические цепи.

Рассмотрим оперирование электрической цепи в условиях повреждения основной изоляции опасной части, находящейся под напряжением и ее замыкания на землю, когда через главную цепь УДТ протекает ток замыкания на землю.

В условиях повреждения по одному из проводников главной цепи УДТ помимо тока нагрузки I_н протекает ток замыкания на землю I_EF. Поэтому абсолютное значение электрического тока, протекающего в одной из первичных обмоток дифференциального трансформатора, превышает абсолютное значение электрического тока, который протекает в другой его первичной обмотке:

│I₁│ > │I₂│.

Следовательно, векторная сумма электрических токов, протекающих в главной цепи УДТ, будет отлична от нуля.

Магнитные потоки Ф₁ и Ф₂ в сердечнике дифференциального трансформатора, прямо пропорциональные электрическим токам I₁ и I₂, не равны между собой по абсолютному значению. Они не могут компенсировать друг друга. Поэтому суммарный магнитный поток в сердечнике дифференциального трансформатора отличен от нуля.

Следовательно, абсолютная величина электрического тока, который протекает в электрической цепи, подключенной к вторичной обмотке дифференциального трансформатора, также не равна нулю:

│I_р│ > 0.

Поэтому в указанных условиях расцепитель дифференциального тока сработает под воздействием электрического тока I_р, побуждая устройство дифференциального тока разомкнуть свои главные контакты и отключить присоединенные к нему внешние электрические цепи.

Харечко Ю.В. подчеркивает особенности функционирования трехполюсных и четырехполюсных УДТ [2]:

« В трехфазных трехпроводных электрических цепях применяют трехполюсные устройства дифференциального тока, а в трехфазных четырехпроводных электрических цепях – четырехполюсные УДТ, которые оснащены дифференциальными трансформаторами, имеющими соответственно три и четыре первичные обмотки. Эти дифференциальные трансформаторы функционируют так же, как и дифференциальный трансформатор двухполюсного УДТ. Векторные суммы электрических токов, протекающих в главных цепях УДТ, они определяют с учетом запаздывания и опережения по фазе электрических токов в проводниках разных фаз, подключенных к УДТ. »
[2]

Таким образом, посредством определения дифференциального тока выполняют обнаружение и оценку тока замыкания на землю, например, через тело человека, прикоснувшегося к фазному проводнику. От токов замыкания на землю защищают и людей, и электроустановки зданий.

При замыкании на землю какой-либо токоведущей части дифференциальный ток практически равен току замыкания на землю. В нормальных условиях дифференциальный ток приблизительно равен току утечки, протекающему в электрической цепи.

Виды дифференциальных токов

Все многообразие дифференциальных токов, которые могут возникнуть в главной цепи устройства дифференциального тока бытового назначения, в стандартах ГОСТ IEC 61008-1-2020 [3] и ГОСТ IEC 61009-1-2020 [4] сведено к следующим двум видам: синусоидальному дифференциальному току и пульсирующему постоянному дифференциальному току.

Харечко Ю.В. в своей книге [2], на мой взгляд, максимально простым языком расписал особенности этих 2 видов дифференциального тока. Приведу основные цитаты:

« Синусоидальный дифференциальный ток имеет место в тех случаях, когда в электрических цепях переменного тока, которые подключены к устройству дифференциального тока, не применяют выпрямители, светорегуляторы, регулируемые электроприводы и аналогичные им устройства, существенно изменяющие форму синусоидального тока. Ток утечки и ток замыкания на землю в таких электрических цепях имеют форму, близкую к синусоиде. Такую же синусоидальную форму имеет и дифференциальный ток (рис. 2).

Рис. 2. Синусоидальный ток частотой 50 Гц (на основе рисунка 2 из [2] автора Харечко Ю.В.)

При использовании в электроустановках зданий выпрямителей, светорегуляторов, регулируемых электроприводов и аналогичных им устройств форма синусоидального тока в электрических цепях может существенно изменяться.

Если в каком-то электроприемнике в качестве дискретного регулятора потребляемой им мощности использован диод, в случае повреждения основной изоляции токоведущей части, подключенной после диода, может возникнуть ток замыкания на землю, который будет протекать только в течение половины периода (180° или 10 мс). Такой электрический ток в стандартах ГОСТ IEC 61008-1-2020 и ГОСТ IEC 61009-1-2020 назван пульсирующим постоянным током. Протекание пульсирующего постоянного тока в главной цепи устройства дифференциального тока существенно изменяет его характеристики по сравнению с синусоидальным током.

В электроустановках жилых зданий применяют большое число электроприемников, имеющих встроенные выпрямители. Все они характеризуются небольшими постоянными токами утечки, которые могут создавать суммарный (фоновый) постоянный ток утечки, протекающий через главную цепь устройства дифференциального тока. Протекание даже малого постоянного тока через первичную обмотку дифференциального трансформатора УДТ существенно изменяет (ухудшает) его характеристики. Поэтому в стандартах ГОСТ IEC 61008-1-2020 и ГОСТ IEC 61009-1-2020 учтена возможность протекания небольшого постоянного тока через главную цепь устройства дифференциального тока.

Пульсирующий постоянный ток определен в международных и национальных стандартах как волнообразные импульсы электрического тока длительностью (в угловой мере) не менее 150° за один период пульсации, следующие периодически с номинальной частотой и разделенные промежутками времени, в течение которых электрический ток принимает нулевое значение или значение, не превышающее 0,006 А постоянного тока.

Пульсирующий постоянный ток характеризуют также углом задержки тока, под которым понимают промежуток времени в угловой величине, в течение которого устройство фазового управления задерживает момент протекания электрического тока в электрической цепи. На рис. 3 и 4 показан пульсирующий постоянный ток при углах задержки тока α, равных 0°, 90° и 135°.

Рис. 3. Пульсирующий постоянный ток частотой 50 Гц без составляющей постоянного тока (на основе рисунка 3 из [2] автора Харечко Ю.В.)Рис. 4. Пульсирующий постоянный ток частотой 50 Гц с составляющей постоянного тока до 0,006 А включительно ((на основе рисунка 4 из [2] автора Харечко Ю.В.)

Появление в главной цепи устройства дифференциального тока пульсирующего постоянного тока существенно изменяет характеристики УДТ. Устройства дифференциального тока типа АС, которые рассчитаны на работу только при синусоидальном токе, не могут корректно функционировать при появлении пульсирующего постоянного тока. Поэтому в некоторых странах их применение в электроустановках зданий запрещено или существенно ограничено. Устройства дифференциального тока типа АС заменяют более современными УДТ типа A, которые предназначены для применения и при синусоидальном, и при пульсирующем постоянном токе.

В 2016 году был введен в действие ГОСТ IEC 62423-2013, который распространяется на УДТ типа F и типа B бытового назначения. УДТ типа F предназначены для защиты электрических цепей, к которым подключены частотные преобразователи. Они оперируют так же, как УДТ типа A, и дополнительно:

при сложных дифференциальных токах;
при пульсирующем постоянном дифференциальном токе, наложенном на сглаженный постоянный ток 0,01 А.

Устройства дифференциального тока типа B оперируют так же, как УДТ типа F, и дополнительно:

при синусоидальных переменных дифференциальных токах, имеющих частоту до 1000 Гц включительно;
при пульсирующем постоянном дифференциальном токе, который появляется в двух и более фазах;
при сглаженных постоянных дифференциальных токах.

Таким образом, самые современные УДТ типа B корректно оперируют в электрических цепях переменного тока при протекании в них токов замыкания на землю различных форм, начиная от синусоидального тока частотой 50 Гц и заканчивая постоянным током. »

Список использованной литературы

ГОСТ 30331.1-2013
Харечко Ю.В. Краткий терминологический словарь по низковольтным электроустановкам. Часть 3// Приложение к журналу «Библиотека инженера по охране труда». – 2013. – № 4. – 160 c.;
ГОСТ IEC 61008-1-2020
ГОСТ IEC 61009-1-2020
Электрика. – 2010. – № 2.– С. 33–36. Принцип действия устройств дифференциального тока.

Дифференциальная защита трансформатора – Помехи напряжения

Основы дифференциальной защиты трансформатора : Дифференциальная защита трансформаторов обеспечивают полную защиту трансформатора. Дифференциал защита возможна благодаря высокому КПД работы трансформатора и близкая эквивалентность ампер-витков, развиваемых на первичной и вторичной обмотки. Трансформаторы тока (ТТ) подключены к первичной и вторичной обмотки трансформатора образуют замкнутый контур.

Дифференциальная защита работает по принципу Кирхгофа Действующий закон (KCL).

Этот закон гласит, что полная сумма токов, втекающих в узел равен нулю. Если удельный ток на первичной стороне равен на единицу ток вторичной обмотки, тогда KCL проверяется и неисправность отсутствует. трансформатор. Это основной принцип работы трансформаторного дифференциала. реле защиты.

Дифференциальная защита работает быстро и надежная защита критически важных активов, таких как трансформатор. Дифференциал защита также используется для защиты других ценных активов, таких как средние электродвигатели, реакторы, распределительные устройства и т. д. Дифференциальная защита в трансформатор обеспечивает превосходную защиту от:

Дифференциальная защита трансформатора

Катушки реле защиты подключены, как показано на рисунке ниже. Катушки, обозначенные буквой «R», известны как ограничительная катушка

, а катушки, обозначенные буквой «O», известны как управляющая катушка . При возникновении неисправности в зоне защиты ток торможения и ток срабатывания увеличиваются. Когда ток срабатывания превышает дифференциальную кривую отключения трансформатора в процентах, выдается команда отключения от реле. Обратите внимание на полярность лицевой стороны ТТ. Обычно используется полярность CT, как показано, хотя возможны и другие комбинации. В показанной конфигурации соотношение токов первичного и вторичного трансформаторов тока сдвинуто по фазе на 180 градусов при нормальной нагрузке. Можно рассмотреть два случая:
Случай 1 : Нормальная нагрузка трансформатора или внешняя неисправность: В этом В этом случае и первичный, и вторичный ТТ создают ток в указанном направлении. В общая ветвь сумма токов равна нулю и, следовательно, защитное реле делает не вижу никакой ошибки тока. Этот ток ошибки известен как ток срабатывания. Ток, протекающий через катушку торможения, называется током торможения.
Дифференциальная нагрузка трансформатора — нормальная нагрузка или внешняя неисправность
Другими словами, при нормальном нагрузка или внешние неисправности, весь ток коэффициента трансформации ТТ протекает через ограничительную катушку и через рабочую катушку ничего не протекает.
Случай 2 : При наличии внутреннего неисправность : В этом случае токи, создаваемые первичным и вторичным ТТ не суммируются до нуля и, следовательно, будет чистый ток ошибки или сработает Текущий. Защитное реле обнаружит этот ток и отключит соответствующий первичные или вторичные выключатели трансформатора.
Дифференциал трансформатора — внутренняя неисправность
Другими словами, во время внутреннего неисправности, ток коэффициента трансформации ТТ протекает через катушку торможения и через катушку срабатывания. Если ток срабатывания выше порогового значения настройки процентного дифференциала, реле выдаст команду на отключение.
Трансформатор Расчет настройки дифференциальной защиты
Схема дифференциальной защиты трансформатора работает с использованием двух отдельных величин, рассчитанных на основе первичного тока (IW1C) и вторичного тока (IW2C). В данном обсуждении используется дифференциальное реле трансформатора SEL787 и SEL 387/587. В других подобных реле используются аналогичные концепции, поскольку фактическая терминология может отличаться. Вот некоторые параметры, имеющие отношение к этому обсуждению:
Эти величины рассчитываются следующим образом.

IOP рассчитывается как сложение векторов первичных и вторичных токов, тогда как IRT использует только величину токов для расчета величины ограничения.
Внутри реле первичный и вторичные вторичные токи ТТ преобразуются в значение на единицу «отвода обмотки». Уравнения для преобразования на единицу измерения следующие:
Расчет IOP и IRT для двух типов реле. Обратите внимание, что токи являются абсолютными значениями. Процентные характеристики дифференциальной защиты трансформатора
Как уже говорилось, реле рассчитывает ток срабатывания (IOP) и ток торможения (IRT). Область срабатывания — это область над кривой, где реле сработает, а область сдерживания — это область ниже кривой, где реле будет сдерживать самопроизвольное срабатывание. Повышенная нагрузка трансформатора сместит ограничитель (IRT) горизонтально вправо по оси «x» без изменения количества срабатывания (IOP), тогда как короткое замыкание сместит IRT влево, а IOP вверх по ось «у». Если результирующая координата (IRT, IOP) в плоскости x-y окажется выше процентной дифференциальной характеристики, произойдет отключение. Если координата (IRT, IOP) падает ниже кривой, отключения не происходит.
Отключение реле основано на дифференциальных характеристиках торможения реле в процентах. Цель процентного ограничения состоит в том, чтобы позволить реле различать дифференциальный ток, возникающий в результате внутренней неисправности, и дифференциальный ток, возникающий в результате нормального тока или внешней неисправности. Ключевые точки на графике выше:
Минимальный ток срабатывания (087P): Это значение обычно устанавливается между 0,3 и 0,5 за единицу. Это значение обеспечивает защиту от остаточной намагниченности ТТ и ошибки точности. Настройка должна быть минимальной для повышения чувствительности, но достаточно высока, чтобы избежать работы из-за установившихся ошибок, таких как неконтролируемые сервисные нагрузки станции, ток возбуждения трансформатора и реле погрешность измерения при очень низких уровнях тока.
Наклон 1: Кривая дифференциальной защиты трансформатора представляет собой часть графика между минимальная область захвата и точка излома наклона 2. Обратите внимание, что склон 1 попадает в (0,0) на оси координат. Склон 1 используется для учета разницы тока от установившегося и пропорционального ошибки, такие как устройство РПН силового трансформатора, ошибки ТТ, ток возбуждения и ошибка реле . Полезно знать, какой коэффициент наклона характерен для нормальное состояние ( наклон должен превышать это значение для ценной бумаги ) и какой коэффициент наклона характерен для внутреннего неисправность (уклон должен быть ниже, чем для надежность ). Кривая 1 должна быть установлена выше нормального устойчивого состояния и пропорциональных ошибок . Ниже приведены некоторые из типичных ошибок значений, которые необходимо учитывать для трансформатора. расчет крутизны дифференциальной защиты:
CT Точность:                                                   3 %
Точность реле:                                              5%
Возбуждение ток:                                        4 %
Устройство смены ответвлений (LTC):                              10% [Если применимо]
Отвод без нагрузки Преобразователь (NLTC):                     5 % [Если применимо]
Реле SEL имеют параметр Slope1 по умолчанию, равный 25%. Это может быть где-то между 25-35% в зависимости от того, сколько ошибок необходимо учитывать.
Уклон 2: Это часть над уклоном 1. Обратите внимание, что наклон 2 не достигает (0,0) на оси координат . Наклон 2 используется для компенсации переходных ошибок, например, вызванных насыщением ТТ . Сквозная неисправность является примером кратковременной неисправности. Большие токи во время сквозного замыкания могут привести к насыщению трансформатора тока, что приведет к ложному измерению дифференциального тока реле. Крутизна 2 может быть установлена достаточно высокой без ущерба для чувствительности к слабым частичным повреждениям обмотки. Рекомендуется провести оценку ТТ, чтобы увидеть, есть ли возможность перехода в состояние насыщения во время сквозного замыкания. Прочтите «Насыщение трансформатора тока» для получения дополнительной информации по этой теме. Настройка наклона 2 должна быть выше, чем настройка наклона 1, если только не требуется один уклон, в этом случае установите для параметров Slope1 и Slope2 одинаковое значение.
IRS1: Это точка, в которой наклон 1 и Уклон 2 пересекается. Значение по умолчанию для SEL787 — «6», что достаточно для большинства Приложения.
U87P: Назначение этого элемента — очень быстро реагировать при возникновении внутренней событие неисправности. Обычно это значение составляет от 8 до 10 раз крана. Этот элемент реагирует только на основную частотную составляющую дифференциальный рабочий ток . На него не влияют наклон 1, наклон 2, IRS1, Настройка PCT2, PCT4 или PCT5. Этот элемент должен быть установлен достаточно высоким, чтобы не реагировать на большие пусковые токи.
HRSTR: Бросок напряжения трансформатора может вызвать ложный дифференциальный ток в реле и может привести к неприятным отключениям. Это связано с тем, что появляется пусковой ток. на первичном токе, но не на вторичном ТТ. К счастью, это может быть обнаружены, так как пусковой ток имеет значительные гармоники четного порядка, которые могут быть используется в логике реле для сдерживания дифференциального элемента. Элемент HARMONIC RESTRAINT работает по сдерживание дифференциального элемента процентного сдерживания, если соотношение ток второй гармоники и/или четвертой гармоники к току основной гармоники равен больше, чем уставка PCT2 или PCT4 на 10 циклов, когда трансформатор под напряжением. Вместо использования фиксированного порога ограничительный элемент сдвигает линию наклона вверх относительно измеренная величина дифференциального гармонического тока.
Настройка PCT2, PCT4: при желании можно использовать значение по умолчанию в программном обеспечении. Или гармонический анализатор инструмент в программном обеспечении реле может использоваться для определения величины секунды и четвертая гармоника при включении трансформатора. Следует отметить, что пусковой ток и гармоники могут варьироваться между различными событиями переключения и следовательно, рекомендуется добавить некоторый допуск к настройке, даже если измеряются гармоники.
Асимметричный ток короткого замыкания Гармоники пускового тока
Предположим, что уравнение линии наклона имеет вид y=mx+b, где y — ток срабатывания (IOP), m — наклон (Slope1 или Slope2), x — ток торможения (IRT) а «b» — гармоническая составляющая. В нормальных условиях гармоническое содержание отсутствует, и линия проходит через начало координат. Когда есть гармонический контент, он просто поднимает линию на «b», сохраняя наклон одинаковым. Это показано на рисунке ниже.
Функция подавления гармоник
Если эта настройка активна, реле измеряет отношение тока второй и/или четвертой гармоники к току основной гармоники, и если это отношение больше значения параметра PCT2 или PCT4, то работа реле ограничивается, как показано на графике выше. .
HBLK: целью этого элемента HARMONIC BLOCK является блок дифференциальный элемент процентного ограничения, если соотношение пятая гармоника основного тока больше, чем PCT5. Эта функциональность полезно, когда защищаемый трансформатор может быть перегружен магнитным потоком, т.е. отношение напряжения к частоте (В/Гц) на клеммах трансформатора превышает 1,05 о.е. при полной нагрузке или 1,1 о.е. при холостом ходе. Генератор юнитов трансформаторы на электростанциях, которые могут испытывать изменение частоты во время запуска что может привести к перевозбуждению и перенапряжению трансформаторов. ХБЛК может быть эффективно использовать в таких ситуациях.
Настройка PCT5: Анализ токов трансформатора при перевозбуждении показывает, что настройка 35% пятой гармоники достаточна для блокировки процентного дифференциального элемента. Это можно отрегулировать при необходимости.
Оба этих параметра можно включить в реле SEL, что обеспечивает оптимальную скорость работы и безопасность. Если приложение включает в себя нагрузку, которая создает значительные гармоники тока 5 ^th, то рекомендуется дополнительно проверить настройку HBLK, чтобы убедиться, что защита не нарушена.
ICOM : Внутренняя компенсация ТТ. Внутренняя компенсация трансформатора тока используется для компенсации фазовых сдвигов, вызванных обмоткой трансформатора. Например, трансформатор типа «звезда-треугольник» имеет разность фаз между первичной и вторичной обмотками, составляющую 30 градусов. Ведет ли треугольник звезду или треугольник ведет к треугольнику, зависит от типа замыкания треугольника и обсуждается в этой статье. Кроме того, трансформаторы тока могут быть подключены треугольником или звездой, что также может привести к ошибкам фазового угла. Внутренняя компенсация фазового угла в современных цифровых реле компенсирует ошибки фазового угла с шагом 30 градусов. Полная 360-градусная компенсация также может удалить компоненты нулевой последовательности из тока обмотки без внесения каких-либо изменений фазового угла. Все другие ненулевые настройки компенсации также удаляют компоненты нулевой последовательности из тока обмотки.
Трансформатор Пример дифференциальной защиты
Рассмотрим Пример системы дифференциальной защиты трансформатора с реле SEL 387/587 . Для реле 787 расчеты будут аналогичны за исключением расчета тока ограничения. Текущий расчет ограничения в 387/587 использует среднее значение тока обмотки, тогда как 787 расчет прямой добавление. Это обсуждалось ранее в этой статье.
Предположим трансформатор, соединенный треугольником, с трансформатором тока, соединенным звездой. Это означает, что есть отсутствие фазового сдвига, вызванного трансформатором или трансформатором тока. Предположим, что чередование фаз ABC. ‘Р’ относится к ограничительной катушке, а «О» относится к рабочей катушке.
Обратите внимание на полярность подключения ТТ. Предположим, что номинальный ток полной нагрузки в первичной и вторичное.
Значения касания могут быть рассчитаны по Следующее уравнение:
Случай 1: Рассмотрим схему дифференциальной защиты трансформатора с ПОЛНОСТЬЮ НАГРУЗОЧНЫМ трансформатором .
Пусть токи обмотки вторичной обмотки ТТ будут следующими для нормального тока полной нагрузки, потребляемого трансформатором. Из-за направления полярности трансформатора тока соотношение токов будет сдвинуто по фазе на 180 градусов от первичной обмотки к вторичной, как показано ниже.
Рассчитайте ток срабатывания (IOP) с помощью векторное сложение и ограничение тока (IRT) с использованием сложения и деления величины на 2. Для токов фазы А,
Обратите внимание, что на процентном ограничении дифференциальный график, координаты нанесены как (IRT, IOP) на (x, y) самолет. Если мы построим (1,0), график будет выглядеть так, как показано ниже. ИРТ, ВГД рассчитать для фаз B и C будут аналогичными. Подводя итог:
Обратите внимание, что (IRT, IOP) расположение на графике ниже кривой характеристики отключения и, следовательно, произойдет отключение (как и ожидалось). Элементы 87R1, 87R2, 87R3 являющиеся Дифференциальные отключающие элементы в этом случае не срабатывают.
Случай 2: Рассмотрим дифференциальную схему трансформатора с кодом ВНУТРЕННЯЯ ОТКАЗ .
Предположим, что вторичный контур полностью под нагрузкой при наличии внутренней неисправности с текущими величинами, показанными ниже. Из-за внутренней неисправности первичный ток будет высоким, а вторичный — нет. Текущий.
Рассчитаем ток срабатывания (IOP) сложением векторов и током торможения (IRT) с использованием сложения величин и разделить на 2.
Преобразовать ток в единицу соответствующее значение TAP:
Обратите внимание, что два положения (IRT, IOP) на графике находятся выше кривой характеристики отключения, поэтому отключение произойдет (как и ожидалось). Элементы 87R1, 87R2 будут в этом случае выставлены. Элемент 87R3 не будет активирован, так как он находится ниже кривой срабатывания.
Случай 3: Рассмотрим дифференциальный трансформатор схема с ВНЕШНЯЯ НЕИСПРАВНОСТЬ . Предположим, что вторичный ТТ насыщается и, следовательно, происходит снижение величина вторичного коэффициента тока, создаваемого ТТ. Предположим, что нет изменений в фазе углы из-за насыщения. Вторичные токи ТТ представлены ниже.
Обратите внимание, что положение (IRT, IOP) на графике ниже кривой характеристики отключения, поэтому отключения не произойдет (как и должно быть). Элементы 87R1, 87R2, 87R3 не будут в этом случае утверждаться. Однако этот пример иллюстрирует проблему насыщения ТТ во время внешнего короткого замыкания большой величины. Как видно из этого примера, точка срабатывания приблизилась к кривой. Это причина установки крутизны 1 и крутизны 2, чтобы избежать нежелательного отключения из-за насыщения ТТ. Этот пример иллюстрирует преимущество использования кривой срабатывания с двойным наклоном для предотвращения нежелательного отключения из-за насыщения ТТ.
Подключение ТТ дифференциальной защиты трансформатора
Обычно соединение звездой или звездой Трансформаторы тока используются для дифференциальной защиты с использованием цифровых реле, которые могут подключены четырьмя различными способами, как показано на рисунках ниже. Предпочтительно, чтобы полярность трансформатора тока направлена в сторону от зоны дифференциальной защиты. Это означает, что полярность ТТ на стороне источника направлена к источнику, а полярность ТТ на стороне нагрузки сталкивается с нагрузкой . См. рисунок ниже для «предпочтительного соединения — обычно использовал’. Следующее показанное предпочтительное соединение также является приемлемым. Эти соединения приводят к 180-градусной разности фаз между первичным и вторичные токи коэффициента трансформации ТТ. Преимущество этого соединения в том, что при нормальные условия нагрузки, токи обмотки на единицу, которые также называются , работают ток в реле добавить к нулю , так как токи сдвинуты по фазе на 180 градусов.
Преимущественная дифференциальная полярность трансформатора тока
Следующий возможный способ подключения ТТ обеспечивается тем, что оба ТТ обращены к источнику или оба ТТ обращены к нагрузке. Эти соединения не предпочтительны, хотя его все еще можно заставить работать с использованием современных цифровые реле. Необходима соответствующая компенсация тока обмотки. при условии, что эти соединения используются. Фазового угла не будет разница между первичными и вторичными токами коэффициента трансформации ТТ.
Дифференциал трансформатора — другие соединения ТТ
С современными цифровыми реле любой тип соединений ТТ может быть «компенсирован» в программном обеспечении. Если это возможно на этапе проектирования, можно выбрать одно из «предпочтительных соединений» с использованием ТТ, соединенных звездой.
В приложениях предыдущего поколения при использовании электромеханических реле обычно можно увидеть ТТ, соединенный треугольником, на трансформатора со стороны звезды (звезды) и трансформатора тока, соединенного звездой со стороны треугольника, к компенсировать фазовый сдвиг трансформатора. В современных цифровых реле фазовый сдвиг можно настроить в программном обеспечении. Однако более старая модернизация применения, связанные с подключением по схеме треугольника ТТ, действительно встречаются, и необходимо понимать подключение дельта КТ и его нюансы.
Трансформатор с подключением по схеме Delta Connected
Если комплект ТТ подключен по схеме «треугольник», необходимо помнить о нескольких вещах. Сам ТТ может быть подключен в конфигурации «DAB» или «DAC». Что такое DAB и DAC?, нажмите ЗДЕСЬ? Это не что иное, как внутреннее соединение обмотки. См. рисунок ниже, который говорит сам за себя.
Подключение DAB и DAC
При подключении DAB полярность конец фазы A подключен к неполярному концу фазы B.
При подключении DAC полярность конец фазы А соединен с неполярным концом фазы С.
В трансформаторе, соединенном по схеме «звезда», если замыкание по схеме «треугольник» типа «DAB», тогда сторона «треугольник» опережает сторону «звезда» на 30 ⁰ . Если замыкание треугольником типа «DAC», то сторона «звезда» будет впереди стороны «треугольника» на 30 ⁰ .
Кроме того, следует иметь в виду, что ТТ , соединенный по схеме треугольника, вырабатывает в 3 раза больше тока, чем ТТ, соединенный по схеме звезда (звезда) . Компенсацию этой величины можно легко выполнить с помощью программных настроек современных цифровых реле. Дополнительную информацию о соединении звездой и треугольником и его свойствах фазового угла можно найти, нажав здесь .
Дифференциальное реле Рассмотрение применения
Придется рассмотреть множество соображений по применению. учитывать при применении дифференциальной защиты. Некоторые из них:
Фазовый сдвиг тока (если применимо) от первичной обмотки к вторичной необходимо учитывать при расчете тока. Например, если первичная обмотка трансформатора соединена треугольником, а вторичная обмотка соединена звездой (звездой), то токи коэффициента трансформации ТТ от первичной и вторичной обмотки будут сдвинуты по фазе на 30 ⁰ . Эта фазовая ошибка приведет к чистому току срабатывания реле и, следовательно, может привести к неправильной работе. Есть способы избежать этого:
Используйте ТТ, соединенный звездой, на стороне трансформатора, соединенной треугольником, и ТТ, соединенный треугольником, на стороне звезды трансформатора.
Для цифровых реле можно настроить программное обеспечение для обеспечения желаемой «компенсации» токов с учетом различных соединений первичной и вторичной обмоток/фазовых сдвигов.
Эффект броска намагничивания при включении трансформатора. Первоначальное включение трансформатора приведет к большому пусковому току намагничивания, который может проявиться как пусковой ток, если его не компенсировать. Современные реле используют определение гармоник для обнаружения включения трансформатора. В течение периода подачи питания дифференциальная защита может быть десенсибилизирована.
Возможное возникновение перетока . Возможных нежелательных отключений из-за перетока можно избежать, используя торможение по пятой гармонике, доступное в современных цифровых реле.
Ток нулевой последовательности : Необходимо обеспечить некоторую форму фильтрации нулевой последовательности, когда обмотка трансформатора может пропускать ток нулевой последовательности к внешнему замыканию на землю. Примером этого может быть трансформатор с заземлением треугольником. Сторона трансформатора, заземленная звездой, может иметь замыкания фазы на землю за пределами зоны защиты, которые могут создавать ток нулевой последовательности в измеренных токах коэффициента трансформации ТТ. Так как повреждение является внешним по отношению к зоне защиты, необходимо снять ток нулевой последовательности. В более старых схемах используется ТТ, соединенный треугольником, на обмотке со стороны звезды (звезды) для устранения токов нулевой последовательности. В современных цифровых реле это можно сделать с помощью программной компенсации.
Ток нулевой последовательности из-за внешних замыканий вне зоны
Коррекция отношения : Поскольку коэффициенты трансформации первичной и вторичной обмотки ТТ могут не точно совпадать с номинальным током обмотки трансформатора, или ТТ может быть подключен по схеме звезда (звезда) или треугольник, необходима некоторая коррекция коэффициента обычно потребуется. Для современных цифровых реле этот поправочный коэффициент рассчитывается и применяется автоматически.
Компенсация ошибки : Выбранное реле должно компенсировать установившуюся, пропорциональную и переходную ошибки в коэффициенте тока ТТ. Установившиеся ошибки — это ошибки, которые не меняются при нагрузке. Примером является ток намагничивания трансформатора. Пропорциональная погрешность изменяется в зависимости от нагрузки, например, погрешность коэффициента трансформации ТТ, погрешность из-за переключения ответвлений. Переходные ошибки возникают в результате насыщения ТТ из-за протекания большого тока во время короткого замыкания.
Трансформаторы с переключением ответвлений : Если используется трансформатор с переключением ответвлений, коэффициенты трансформации ТТ и поправочные коэффициенты выбираются для достижения баланса токов на среднем ответвлении трансформатора. Необходимо убедиться, что несоответствие тока из-за нестандартного срабатывания ответвления не приведет к ложному срабатыванию.
Остаточная намагниченность ТТ
Симпатический бросок тока
Читайте также: Насыщение трансформатора тока, соединения трансформатора звездой и треугольником, соединения трансформатора: фазовый сдвиг и полярность ]
Предыдущее обсуждение векторной группы трансформатора показало, как подключение трансформатора может вызвать сдвиг фаз между обмотками ВН и НН. Это смещение фаз приведет к неправильной работе дифференциальной защиты, если ее не компенсировать. В этой статье будет рассмотрено подключение ТТ для дифференциальной защиты трансформатора. Будет представлен анализ различных соединений ТТ, чтобы заложить основу для матричных уравнений, используемых в современных цифровых реле.
Компенсация фазового угла с помощью подключения трансформатора тока
На рис. 1 показано подключение трансформатора по схеме «звезда-треугольник» векторной группы YNd11.
Рис. 1. Соединение трансформатора YNd11
Исходя из предыдущего обсуждения, соединение, показанное на рис. 1, показывает, что обмотка НН опережает обмотку ВН на 30°. На рис. 2 показано подключение трансформатора «треугольник-звезда» векторной группы Dyn1. Это соединение указывает на то, что обмотка НН отстает от обмотки ВН на 30°.

Рис. 2. Подключение трансформатора Dyn1
Этот фазовый сдвиг необходимо компенсировать, чтобы избежать неправильной работы дифференциальной защиты. Фазовая компенсация осуществляется с помощью подключения трансформаторов тока треугольником или звездой или с помощью внутренней релейной компенсации в числовых реле. Именно для этого трансформаторы тока подключаются таким образом, что фазовый сдвиг на 30° меняется на противоположный. Это показано на рис. 3.
Из схемы подключения ТТ для дифференциальной защиты трансформатора видно, что ТТ, соединенные звездой, используются на стороне трансформатора, соединенной треугольником, в то время как ТТ на стороне звезды подключаются по схеме DAB. При использовании трансформаторов тока, подключенных по схеме DAB, вторичные токи, видимые от реле, опережают фактические токи на 30°, тем самым компенсируя смещение фаз на 30° (НН отстает от ВН), вносимое векторной группой трансформатора Dyn1.
Рис. 3. Фазовая компенсация с использованием трансформаторов тока, подключенных к DAB
Чтобы проиллюстрировать далее, если мы допустим, что токи на стороне звезды трансформатора равны
, мы можем рассчитать ток на стороне треугольника I _A, как показано ниже,
Затем мы можем рассчитать вторичные токи, наблюдаемые с реле,
Эти значения настраиваются с использованием I _AW1 в качестве эталона.
Рис. 4. Векторная диаграмма. Первичные и вторичные токи
При смещении измеренных вторичных токов на 180° дифференциальный (рабочий) ток, IOP, даст значение, равное нулю. См. обсуждение Оперируемого количества.
Вывод матричного уравнения
Если мы рассмотрим, как мы вывели I _AW2 , мы сможем составить уравнение, которое связывает фактические токи с вторичными токами, видимыми от реле.
Проделав то же самое для I _BW2 и I _CW2 , мы можем получить матрицу, которая связывает фактические токи с вторичными токами, видимыми от реле. Производная матрица представляет собой то, как трансформаторы тока, подключенные к DAB, компенсируют смещение фазового угла на 30° в трансформаторе Dyn1.
Компенсация фазового угла в цифровых реле
Процесс, который обсуждался до сих пор, включает в себя модификацию физических соединений трансформаторов тока путем подключения трансформаторов тока таким образом, чтобы компенсировать сдвиг фаз. В современных микропроцессорных реле фазовая компенсация выполняется численно. На рис. 5 показано то же подключение трансформатора с подключением трансформатора тока звездой для дифференциальной защиты трансформатора с обеих сторон.
Рис. 5. Фазовая компенсация с использованием трансформаторов тока, соединенных звездой
Чтобы получить вторичные токи, видимые от реле, мы принимаем
и находим I _AW1 и I _AW2,
Эти значения корректируются с использованием I _AW1 в качестве эталона.
Рис. 6. Векторная диаграмма. Первичные и некомпенсированные вторичные токи
Без компенсации вторичные токи, видимые реле, смещаются на 150°. Это даст I _OP ≠ 0 при нормальной работе. Чтобы выполнить фазовую компенсацию численно, мы используем полученную ранее матрицу для решения I _AW2C, I _BW2C и I _CW2C. Поскольку наши ТТ соединены звездой, мы видим, что I _AW2 , I _BW2 и I _CW2 равны I _a , I _b и I _c соответственно.