HomeБезопасностьДифференциальная защита

Дифференциальная защита

Содержание

1 Принцип действия
2 Виды дифзащиты
3 Области применения
4 Защита бытовых сетей (УЗО)
5 Дифференциальные автоматы
6 Видео

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

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

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

Инверторный генератор или обычный: что лучше

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

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

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

Антенна для автомагнитолы

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)

Кабель ААШВ

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

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

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.