Aby byla zajištěna bezpečnost elektrických instalací a zařízení, jsou prováděny různé akce, z nichž jedna je diferenciální ochrana. Vyznačuje se rychlostí působení a absolutní selektivitou, tedy schopností přesně identifikovat vadné sítě nebo instalace a rychle je odpojit od normálně fungujících oblastí. Tato zařízení chrání transformátory a generátory, elektromotory, přípojnice a elektrické vedení.
Obsah
- Princip
- Podélná diferenciální ochrana
- Příčná diferenciální ochrana
- Diferenciální ochrana generátoru
Princip
Hlavní funkcí diferenciální ochrany je zabránit sdruženým fázím a zkratům v elektrických zařízeních a systémech s pevně uzemněným neutrálem. Je považován za typ ochrany relé a funguje na základě porovnání hodnot proudu a směrů proudu na stranách objektu.
Činnost diferenciální ochrany je založena na porovnávání fázových proudů, které protékají chráněným úsekem sítě nebo procházejí chráněným zařízením. Síla proudu se měří na koncích sekcí pomocí dvou proudových transformátorů připojených sekundárními obvody k proudovému relé. Výsledkem je, že vinutí relé přijímá rozdíl v proudu z každého transformátoru. Diferenciální ochrana je tedy vypínací systém založený na rozdílech proudu.
V normálním provozu se jedna aktuální hodnota odečítá od druhé. Za ideální výsledek se považuje nulová hodnota proudu ve vinutí proudového relé. Pokud dojde ke zkratu v chráněné oblasti, vinutí relé nepřijme rozdíl, ale součet proudů. Pod jejich vlivem se kontakty relé sepnou a dají příkaz k vypnutí poškozené oblasti.
V reálných provozních podmínkách se proud protékající cívkou relé bude vždy lišit od nuly. Toto je známé jako nevyvážený proud a jeho přítomnost závisí na řadě faktorů.
- Za prvé, oba transformátory nejsou totožné a liší se technickými vlastnostmi. Aby se snížil vliv tohoto faktoru, výroba proudových transformátorů, které se účastní systému diferenciální ochrany, probíhá ve dvojicích, se vzájemným přizpůsobením ve fázi výroby. Jako doplňkové opatření se mění počet závitů měřicího transformátoru přizpůsobený transformačnímu poměru chráněného zařízení.
- Dalším důvodem pro výskyt nevyváženého proudu může být výskyt magnetizačního proudu ve vinutí chráněného transformátoru. Za normálních provozních podmínek může být tento proud 5 % jmenovité hodnoty. Magnetizační proud je v některých případech několikanásobně vyšší než jmenovitá hodnota, zejména při přepínání transformátoru z chodu naprázdno do zatížení a při jiných přechodových procesech. Při zohlednění tohoto faktoru je provozní proud v relé nastaven nad maximální hodnotu magnetizačního proudu.
- Nesymetrie proudu někdy vzniká v důsledku nestejného zapojení vinutí instalovaných na primární a sekundární straně chráněného transformátorového zařízení. V takových případech je proudový vektor sekundárního okruhu posunut vzhledem k proudu primárního okruhu o 30 stupňů. Je téměř nemožné upravit a kompenzovat tento rozdíl volbou závitů na transformátoru. Tento problém je vyřešen spojením vinutí: na straně trojúhelníku – s hvězdou a na straně hvězdy – s trojúhelníkem.
Moderní zařízení diferenciální ochrany na mikroprocesorech jsou schopna tento rozdíl nezávisle zohlednit. Připojení sekundárních vinutí přístrojových transformátorů se provádí na obou koncích hvězdicovou metodou, jak je uvedeno v nastavení ochranného zařízení.
Podélná diferenciální ochrana
Ochrana relé zahrnuje různá zařízení, která zajišťují spolehlivý a bezpečný provoz transformátorů, zařízení a elektrických vedení. Jednou z jeho odrůd je podélná diferenciální ochrana, která je povinná pro použití s transformátory s výkonem 6300 kVA a vyšším. Jeho hlavní funkcí je předcházet nehodám a poruchám zařízení, které mohou být způsobeny vícefázovými zkraty na svorkách a uvnitř vinutí.
Podélný typ ochrany je také instalován na transformátorech pracujících paralelně, s výkonem každého z nich 4000 kVA nebo více. Transformátorová zařízení s malým výkonem nepřesahujícím 1000 kVA jsou také vybavena ochranou, pokud není k dispozici plynová ochrana. Současně má maximální proudová ochrana velké časové zpoždění a proudové omezení má nízký stupeň citlivosti.
Nouzové vypnutí transformátoru pomocí diferenciální podélné ochrany se provádí téměř okamžitě, ihned po vzniku poruchy.
Příčná diferenciální ochrana
Na principu porovnávání hodnot proudu funguje i příčná ochrana. Na rozdíl od podélného systému se však instalace proudových transformátorů neprovádí na koncích chráněného úseku, ale na samostatných vedeních připojených ke stejnému zdroji energie. Mohou to být například paralelní kabelové linky vycházející ze společného přepínače.
V případě vnějšího zkratu to příčná diferenciální ochrana nebude schopna detekovat, protože rozdíl hodnot proudu na těchto vedeních bude nulový. Pokud dojde ke zkratu na jednom z chráněných vedení, v tomto případě bude mít proudový rozdíl určitou hodnotu nezbytnou pro fungování ochrany. Tento systém zajišťuje především diferenciální ochranu nadzemního elektrického vedení. V případě poruchy se vybere a odpojí pouze poškozené vedení.
Konstrukce systému obsahuje proudové relé, které plní funkci rozběhu a spíná se stejně jako u podélné ochrany od výkonových směrových úseků. Zapíná se na základě rozdílu proudů v chráněných vedeních a podle napětí sběrnice v rozvodně. Provozní proud je dodáván do ochranného relé sériovým zapojením pomocných kontaktů instalovaných na chráněných vedeních. Díky tomu je ochrana automaticky deaktivována, když je odpojena alespoň jedna z linek. Tím se eliminuje neselektivní působení ochrany v případě vnějšího zkratu.
Diferenciální ochrana generátoru
V elektrické síti může někdy dojít k mezifázovému zkratu v oblasti od zařízení k proudovému transformátoru. Aby se takovým situacím předešlo, používá se diferenciální proudová ochrana zařízení včetně generátorů. Používají se především podélné systémy, vyznačující se absolutní selektivitou. Jsou nejúčinnější pro generátory se středním až vysokým výkonem. Ochrana obsahuje tři diferenciální relé.
Pokud je nulový vodič generátoru uzemněn, je zajištěna diferenciální ochrana proti zkratu vůči zemi. Jednofázovým zkratům předchází citlivý ochranný systém, který porovnává zbytkové proudy. Tyto proudy tečou po obou stranách vinutí statoru.
Aby se zabránilo nesprávnému působení ochrany v případě vnějšího zkratu, je systém diferenciální ochrany zablokován. Jedná se především o vysoké proudy, při kterých dochází k saturaci proudových transformátorů. Zablokování nastane, když jeden z maximálních fázových proudů překročí svou nastavenou cílovou hodnotu. Ochranná zařízení se spouští v případech, kdy se objeví napětí s nulovým sledem a určitou hodnotou. Kromě toho dochází ke kontrole nad úhlem mezi nulovými složkami proudů stran ve vinutí statoru. To výrazně zvyšuje selektivitu v případě vnějšího jednofázového zkratu.
V některých případech je možné použít příčnou diferenciální ochranu generátoru. Tím je zabráněno otočným zkratům ve vinutí statoru při paralelních větvích statorových vinutí a je možné porovnávat proudy ve větvích všech fází. Diferenciální ochrana generátoru je nastavena samostatně pro každou fázi, takže reakce na mezizávitové poruchy se týká pouze její fáze.
Princip činnosti a schéma zapojení generátoru střídavého proudu
Rozdíly mezi difavtomatem a RCD: ochranné zařízení vybíráme podle úkolů a rozpočtu
Zapojení hvězda-trojúhelník pro elektromotory s motorovou zásuvkou
Charakteristika a doba odezvy proudového chrániče – jak vybrat – schéma – zapojení