Функція диференційного захисту трансформатора (ДФЗ) 7UT513

Базовий принцип диференційного захисту по двом сторонам зони

Диференційний захист базується на порівнянні струмів. Тобто, на тім факті, що при нормальній роботі з обох половин об'єкта, який захищається, (рис. 3.2) протікає однаковий струм i (пунктирна лінія) [2,3]. Цей струм втікає в один кінець розглянутої зони й витікає з іншого. Різниця струмів є чітким індикатором пошкодження в даній зоні. Якщо реальні коефіцієнти трансформації однакові, то вторинні обмотки ТС CT1 й CT2, розташованих по сторонах об'єкта, можуть бути об'єднані в замкнутий вторинний ланцюг, по якому потече вторинний струм I; вимірювальний елемент M, підключений у точці електричного балансу, буде показувати нуль при нормальній роботі.

 

Рис. 3.2 Базовий принцип дії диференційного захисту для зони із двома сторонами (однолінійна ілюстрація)

 

При виникненні пошкодження в зоні, обмеженої трансформаторами струму, струм I1 + I2, пропорційний струмам пошкодження i1 + i2, потече через вимірювальний елемент. У результаті, простий ланцюг, показаний на рис. 2, забезпечить надійне відключення від захисту, якщо струм пошкодження, що протікає в захищаємій зоні, виявиться досить великим, щоб його відчув вимірювальний елемент M. Всі наступні положення ґрунтуються на допущенні, що всі струми, які втікають у захищаєму зону, визначаються як додатні (якщо немає точних вказівок про обернене).

 

Базовий принцип диференційного захисту по сторонам зони більше двох

Для захищаємих об'єктів із трьома й більше сторонами, принцип дії диференційного захисту базується на тім, що загальна сума всіх струмів, що протікають через захищаємий об’єкт, при нормальній роботі дорівнює нулю, а при пошкодженні в захищаємій зоні - струму пошкодження. На рис. 3.3 наведено приклад для шин з 4 лініями, що відходять. Трьохобмоточний силовий трансформатор на рис. 4 обмежується 4 вимірювальними положеннями (виводами ТС), таким чином, він сприймається диференційним захистом як 4-обмоточний трансформатор.

 

Рис. 3.3 Базовий принцип дії диференційного захисту для чотирьох фідерів (однолінійна ілюстрація)

Рис. 3.4 Базовий принцип дії диференційного захисту для 4 вимірювальних положень - приклад трьохобмоточного силового трансформатора з 4 вимірювальними положеннями (однолінійна ілюстрація)

 

Струм гальмування

При виникненні зовнішнього пошкодження, що забезпечує протікання великого струму в захищаємій зоні, різниці в магнітних характеристиках трансформаторів струму CT1 й CT2 (рис. 3.5) в умовах насичення можуть викликати протікання великого струму через вимірювальний елемент M. Якщо амплітуда цього струму перевищує відповідне граничне значення, захист може видати сигнал на відключення, навіть якщо пошкодження перебуває поза зоною захисту. Гальмування струмом запобігає такій неправильній дії захисту [3,6]. Якщо система диференціального захисту використається для об'єкта із двома сторонами, то величина гальмування отримується або з різниці струмів |I1 - I2|, або з арифметичної суми струмів |I1| + |I2|. Обидва методи еквівалентні в певних діапазонах стабілізуючої характеристики. Якщо система диференціального захисту використається для об'єкта із трьома й більше сторонами, наприклад, для захисту трьохобмоточного трансформатора або шин, гальмування можливо тільки при використанні методу арифметичного підсумовування. Останній метод використовується в захисті 7UT513.

Наступні положення застосовуються для об'єкта із двома сторонами [5]:

величина ефекту відключення або диференціальний струм:

I_Diff = | I1 + I2 |

струм стабілізації або гальмування:

I_Rest = | I1 | + | I2 |

Метод визначення суми струмів використовується для об'єкта з трьома й більше сторонами, наприклад, для об'єкта з 4 вимірювальними положеннями (рис. 3 або 4):

I_Diff = | I1 + I2 + I3 + I4 |

I_Rest = | I1 | + | I2 | + | I3 | + | I4 |

Рис. 3.5 Напрямок визначення струму

 

I_Diff розраховується з вимірюваного струму основної гармоніки й забезпечує величину ефекту відключення, I_Rest протидіє цьому ефекту. Для прояснення ситуації, необхідно перевірити три важливі робочі умови (див. рис. 3.5):

 

a) Струм, що протікає в умовах нормальної роботи або при зовнішньому

пошкодженні:

I1 втікає в захищаєму зону, I2 витікає із захищаємої зони, тобто має протилежний знак: I2 = - I1, і відповідно | I2 | = | I1 |

I_Diff = | I1 + I2 | = | I1 - I1 | = 0

I_Rest = | I1 | + | I2 | = | I1 | + | I1 | = 2·| I1 |

немає ефекту відключення (I_Diff = 0); гальмування (I_Rest) відповідає подвоєному струму протікання.

 

b) Внутрішнє пошкодження, підживлення з кожного з кінців з рівними струмами:

У цьому випадку, I2 = I1, і відповідно | I2 | = | I1 |

I_Diff = | I1 + I2 | = | I1 + I1 | = 2·| I1 |

I_Rest = | I1 | + | I2 | = | I1 | + | I1 | = 2·| I1 |

величини ефекту відключення (I_Diff) і гальмування (I_Rest) рівні й відповідають повному струму пошкодження.

 

c) Внутрішнє ушкодження, підживлення тільки з одного кінця:

У цьому випадку, I2 = 0

I_Diff = | I1 + I2 | = | I1 + 0| = |I1|

I_Rest = | I1 | + | I2 | = | I1 | + 0 = | I1 |

величини ефекту відключення (I_Diff) і гальмування (I_Rest) рівні й відповідають струму пошкодження при підживленні з одного кінця.

Отже, при внутрішнім пошкодженні I_Diff = I_Rest. Тому, на робочій схемі, як показано на рис. 3.6 (пунктирна із крапкою лінія) характеристика внутрішнього пошкодження представлена прямою лінією з кутом нахилу 1 (45°).

 

Рис. 3.6 Робоча характеристика диференціального захисту й характеристика пошкодження