Каталог огранизаций по электромонтажу и электролабораторий:
Москва
Санкт-Петербург

Дифференциальная защита

Используемые в цепях энергоснабжения устройства дифференциальной защиты могут быть отнесены к категории релейных систем, отличающихся повышенной скоростью отключения потребителя и высокой селективностью. Областью применения этих приборов являются объекты, на которых должен быть обеспечен безопасный с точки зрения КЗ режим функционирования оборудования (как это указано на фото ниже).

Защита оборудования
Защита оборудования

Важно! Автоматически срабатывающая дифференциальная защита предназначается для быстрого отключения нагрузочных цепей, в которых наблюдается перегруз по току, близкий к КЗ.

В системах энергоснабжения с глухо заземленным нулём эти устройства обеспечивают своевременное обесточивание питающих линий при возникновении межфазных замыканий.

Принцип действия

Принцип действия, на основании которого работает дифференциальная защита, состоит в сравнении токовых сигналов, протекающих через систему в прямом и обратном направлении. Для регистрации этих величин в устройстве предусмотрены встроенные дифференциальные трансформаторы, формирующие соответствующие по величине магнитные поля. В их вторичные цепи включены реле, обеспечивающие выделение разницы токовых составляющих, протекающих в каждом из направлений, по величине создаваемого ими поля.

В нормальном режиме работы оборудования разница этих составляющих равна нулю, поскольку втекающий в нагрузку ток равен вытекающему. При появлении посторонних утечек, связанных с пробоем изоляции или замыканием токопроводящих частей на землю, баланс токов в дифференциальных трансформаторах сразу же нарушается.

В результате этого исполнительное реле срабатывает, а дифференциальная защита мгновенно отключает устройство-потребитель от питающей линии (смотрите фото ниже).

Принцип срабатывания защиты
Принцип срабатывания защиты

В реальных условиях через обмотки исполнительного прибора (реле) всегда протекает небольшой ток, называемый небалансным, присутствие которого объясняется следующими причинами:

  • Трансформаторы тока всегда отличаются по своим обмоточным характеристикам. Для снижения влияния этого отличия такие изделия при производстве подбираются попарно;
  • Определённое влияние на дифференциальный процесс оказывают токи намагничивания, обычно присутствующие в обмотках двигателя или трансформатора. С целью учета данного фактора ток срабатывания реле устанавливается с некоторым запасом;
  • Неодинаковость схемных решений, применяемых при формировании контролируемого трансформатора (двигателя).

С учётом всего сказанного в современной дифференциальной аппаратуре используются специальные микропроцессорные системы, способные выявлять эту разницу автоматически и своевременно компенсировать её.

Виды дифзащиты

Рассматриваемая здесь дифференциальная токовая защита может исполняться в двух видах: как продольно действующая, с одной стороны, и работающая по схеме «поперечного» включения, с другой. В первом случае защищаемая обмотка трехфазного трансформатора или двигателя включается в разрыв между двумя сравнивающими дифференциальными катушками устройства защиты дзт (смотрите рисунок ниже по тексту).

Схема продольной защиты
Схема продольной защиты

Из этого рисунка видно, что катушки трёх исполнительных реле располагаются между началом и концом обмоток каждой из фаз электропитания.

В отличие от продольной системы, поперечная защита предполагает параллельное включение тех же катушек и основана на учёте разности протекающих в них токов.

Необходимое пояснение. Этот пример подходит лишь для случая, когда рассматривается дифференциальная защита трансформатора, трехфазного двигателя или генератора.

Для всех других типов потребителей и нагрузок схема её включения будет немного отличаться от исходной.

Вторичная катушка исполнительного реле размещается в этой схеме в разрыве нейтральных проводов обмоток статора, то есть так, как это изображено на приводимом ниже рисунке.

Схема поперечной защиты
Схема поперечной защиты

Продольная дифференциальная защита имеет следующие неоспоримые преимущества:

  • Неплохой показатель селективности;
  • Может применяться с другими видами защиты;
  • Система безотказна в работе и имеет высокое быстродействие.

К её недостаткам относится снижение эффективности действия при большой протяженности контролируемых линий.

Области применения

С помощью высокоскоростных устройств дифференциальной защиты того или иного типа удаётся обезопасить работу большинства образцов электротехнического оборудования. К ним могут быть отнесены электродвигатели, ЛЭП, трансформаторы и генераторы распределительных подстанций и прочее.

Продольная дифференциальная токовая защита традиционно применяется в цепях предупреждения замыканий следующего оборудования:

  • Промышленные трансформаторные изделия;
  • Отдельные образцы трансформаторов электрических подстанций с рабочей мощностью свыше 6,3 кВА;
  • Параллельно включённые индуктивные устройства мощностью свыше 1000 кВА.

Основная область применения поперечных систем – высоковольтные линии электропередачи (ЛЭП), рассчитанные на напряжения 35-220 кВ. Помимо этого, дифференциальная защита может применяться на параллельно включаемых линиях электропередач с подводами от двух различных подстанций.

Однако использование такой защиты ограничено следующими факторами:

  • Сложность быстрого определения места КЗ;
  • Невозможность применения дзл в ЛЭП с автоматами;
  • Необходимость в выключении одной из линий, работающей на общую нагрузку.

Дополнительная информация. При двухстороннем питании высоковольтной трассы дифференциальная защита располагается с обоих её концов, а в случае одностороннего включения – только на источнике электроэнергии.

Защита бытовых сетей (УЗО)

Работа устройств с дифзащитой, устанавливаемых на вводах в административные и жилые здания, ничем существенно не отличается от уже рассмотренного ранее принципа действия для трансформаторов и двигателей. В них также имеется чувствительный элемент, реагирующий на дисбаланс втекающего и вытекающего тока и реагирующий при его появлении отключением потребителя от питающей линии.

Устройства этого класса, используемые в обозначенных выше целях, получили название УЗО (смотрите рисунок ниже).

Защита линии с УЗО
Защита линии с УЗО

Причиной возникновения дисбаланса токов в бытовых условиях могут быть следующие факторы:

  • Прикосновение человека или животного к оголенным токовым носителям (проводам) или к оказавшемуся под опасным потенциалом корпусу оборудования;
  • Разрушение изоляции электропроводки с угрозой КЗ;
  • Повышенная влажность в обслуживаемом помещении (в ванной, например);
  • Повреждение кабелей бытовых электроприборов с образованием утечки на землю.

Обратите внимание! В тех случаях, когда система узо срабатывает без наличия нарушений в работе потребителя (без нагрузки токами утечки), следует считать, что этот прибор неисправен и подлежит ремонту.

Особенностью функционирования систем УЗО является реагирование на микроскопические токи утечки (мкА), фиксируемые при появлении малейшей «подозрительной» пассивной или емкостной связи с землёй. При этом такая система срабатывает практически мгновенно, обеспечивая стопроцентную защиту человека от поражения электричеством.

В электротехнике принимается за правило, что обеспечить эффективную дифференциальную защиту с помощью УЗО удаётся лишь при использовании трехуровневой схемы. Это означает, что в защищаемую линию последовательно включается несколько устройств, рассчитанных на три уровня значений токов утечки: 100-300, 30 и 10 мА, соответственно.

Важно! Такая токовая защита, работающая по дифференциальному принципу, может быть эффективной даже на объектах, где в составе проводки шина заземления отсутствует.

Ещё одной особенностью этого устройства является необходимость периодически (не реже раза в месяц) проверять его работоспособность, для чего на нём имеется специальная кнопка под названиями «Тест» или «Проверка». В проверочную схему, помимо контрольной кнопки, входит ограничительный резистор, через который во время тестирования пропускается определённый ток, соответствующий аварийной ситуации.

Дифференциальные автоматы

К тому же типу защитных устройств относятся бытовые дифференциальные автоматы, которые совмещают в себе функции автоматического выключателя и УЗО. Обычно эти устройства оформляются в одном общем корпусе с совмещёнными рабочими характеристиками (смотрите фото ниже по тексту).

Дифференциальный автомат
Дифференциальный автомат

По принципу действия все защитные устройства этого класса делятся на электронные и электромеханические, а по своей конструкции они могут быть встроенными в автомат или изготавливаемыми отдельно. Непросвещённому в тонкости электротехники человеку важно научиться различать обычное УЗО от дифференциального автомата, поскольку это, в конечном счёте, может сказаться на его безопасности.

Дело в том, что при включении в питающую цепь электронного УЗО должно выполняться одно обязательное требование, состоящее в необходимости постоянно держать эту линию под напряжением. В том случае, если полноценное питание в ней по какой-либо причине отсутствует, при появлении тока утечки система защиты не сработает.

Обратите внимание! Указанная ситуация нередко возникает в случае обрыва внутренней цепи питания выключателя или повреждения нуля за пределами объекта.

В УЗО электромеханического типа защитное срабатывание устройства гарантировано в любой ситуации.

В заключительной части обзора систем дифференциальной защиты необходимо отметить, что её применение способствует повышению безопасности и надёжности работы электрооборудования и ЛЭП. Широкое внедрение в системы электроснабжения современных электронных технологий позволяет учесть особенности функционирования подавляющего большинства известных электротехнических устройств. Это способствует увеличению скорости срабатывания защиты, а также существенно повышает эффективность её действия.

Видео

Похожие публикации