Trong bài viết, bạn sẽ tìm hiểu về bảo vệ khác biệt là gì, cách thức hoạt động, những phẩm chất tích cực của nó. Nó cũng sẽ nói về những thiếu sót của bảo vệ khác biệt của đường dây điện. Bạn cũng sẽ tìm hiểu các phương án thực tế để bảo vệ các thiết bị và đường dây điện.
Loại bảo vệ khác biệt hiện được coi là phổ biến nhất và nhanh nhất. Nó có thể bảo vệ hệ thống khỏi ngắn mạch pha-pha. Và trong những hệ thống sử dụng trung tính nối đất kiên cố, nó có thể dễ dàng ngăn ngừa sự xuất hiện của ngắn mạch một pha. Loại bảo vệ vi sai được sử dụng để bảo vệ đường dây điện, động cơ công suất lớn, máy biến áp, máy phát điện.
Tổng cộng có hai loại bảo vệ khác biệt:
- Với những căng thẳng cân bằng lẫn nhau.
- Với dòng điện lưu thông.
Bài viết này sẽcả hai loại bảo vệ khác biệt này đều được xem xét để tìm hiểu càng nhiều càng tốt về chúng.
Bảo vệ vi sai sử dụng dòng điện tuần hoàn
Nguyên tắc là các dòng điện được so sánh với nhau. Và chính xác hơn, có sự so sánh các thông số ở đầu phần tử, quá trình bảo vệ của phần tử đó được thực hiện, cũng như ở phần cuối. Lược đồ này được sử dụng trong việc triển khai kiểu dọc và kiểu ngang. Trước đây được sử dụng để đảm bảo an toàn của một đường dây điện, động cơ điện, máy biến áp, máy phát điện. Bảo vệ đường dây vi sai dọc rất phổ biến trong ngành điện hiện đại. Loại bảo vệ vi sai thứ hai được sử dụng khi sử dụng các đường dây điện hoạt động song song.
Bảo vệ chênh lệch dọc của đường dây và thiết bị
Để thực hiện bảo vệ kiểu dọc, cần phải lắp đặt các máy biến dòng giống nhau ở cả hai đầu. Các cuộn dây thứ cấp của chúng phải được mắc nối tiếp với nhau với sự trợ giúp của các dây dẫn điện bổ sung cần được nối với rơ le dòng điện. Hơn nữa, các rơle dòng điện này phải được nối song song với các cuộn dây thứ cấp. Trong điều kiện bình thường, cũng như khi có ngắn mạch bên ngoài, dòng điện giống nhau sẽ chạy trong cả hai cuộn sơ cấp của máy biến áp, dòng điện này sẽ bằng nhau cả về pha và cường độ. Giá trị nhỏ hơn một chút sẽ chạy qua cuộn dây dòng điện từ của rơle. Bạn có thể tính nó bằng công thức đơn giản:
Ir=I1-I2.
Giả sử rằng sự phụ thuộc hiện tại của các máy biến áp sẽ hoàn toàn khớp. Do đó, sự khác biệt nói trên về các giá trị hiện tại gần bằng hoặc bằng không. Nói cách khác, tôir=0 và bảo vệ không hoạt động tại thời điểm này. Hệ thống dây điện phụ kết nối các cuộn dây thứ cấp của máy biến áp lưu thông dòng điện.
Sơ đồ bảo vệ vi sai kiểu dọc
Mạch bảo vệ vi sai này cho phép bạn thu được các giá trị bằng nhau của dòng điện chạy qua mạch thứ cấp của máy biến áp. Dựa vào đó, chúng ta có thể kết luận rằng sơ đồ bảo vệ này được đặt tên như vậy là do nguyên lý hoạt động. Trong trường hợp này, khu vực nằm trực tiếp giữa các máy biến dòng rơi vào vùng bảo vệ. Trong trường hợp ngắn mạch, trong vùng bảo vệ, khi được cấp điện từ một phía của máy biến áp, dòng điện I1chạy qua cuộn dây của rơle điện từ. Nó được gửi đến mạch thứ cấp của máy biến áp, được lắp đặt ở phía bên kia của đường dây. Cần phải chú ý đến thực tế là có một điện trở rất cao trong cuộn dây thứ cấp. Do đó, hầu như không có dòng điện chạy qua nó. Theo nguyên lý này, vi sai bảo vệ của lốp xe, máy phát điện, máy biến áp hoạt động. Trong trường hợp I1bằng hoặc lớn hơn Ir, bộ bảo vệ bắt đầu hoạt động, mở nhóm công tắc tiếp điểm.
Ngắn mạch và bảo vệ mạch
Trong trường hợp đoản mạch bên trong khu vực được bảo vệ, cả haidòng điện chạy qua rơ le điện từ bằng tổng dòng điện của mỗi cuộn dây. Trong trường hợp này, bảo vệ cũng được kích hoạt bằng cách mở tiếp điểm của các công tắc. Tất cả các ví dụ trên đều giả định rằng tất cả các thông số kỹ thuật của máy biến áp là hoàn toàn giống nhau. Do đó, tôir=0. Nhưng đây là những điều kiện lý tưởng, trên thực tế, do sự khác biệt nhỏ trong hoạt động của hệ thống từ tính của dòng điện sơ cấp, các thiết bị điện có sự khác biệt đáng kể với nhau, thậm chí cùng loại. Nếu có sự khác biệt về đặc tính của máy biến dòng (khi bảo vệ so lệch pha của kết cấu được thực hiện) thì dòng điện của mạch thứ cấp sẽ khác nhau, ngay cả khi mạch sơ cấp hoàn toàn giống nhau. Bây giờ chúng ta cần xem xét cách hoạt động của mạch bảo vệ vi sai trong trường hợp ngắn mạch bên ngoài trên đường dây điện.
Ngắn mạch bên ngoài
Trong trường hợp ngắn mạch bên ngoài, dòng điện không cân bằng sẽ chạy qua rơ le điện từ bảo vệ vi sai. Giá trị của nó trực tiếp phụ thuộc vào dòng điện đi qua mạch sơ cấp của máy biến áp. Ở chế độ tải bình thường, giá trị của nó nhỏ, nhưng khi có ngắn mạch bên ngoài, nó bắt đầu tăng lên. Giá trị của nó cũng phụ thuộc vào thời gian sau khi bắt đầu lỗi. Hơn nữa, nó sẽ đạt giá trị tối đa trong vài khoảng thời gian đầu tiên sau khi bắt đầu đóng. Tại thời điểm này, toàn bộ dòng ngắn mạch I chạy qua các mạch sơ cấp của máy biến áp.
Cũng cần lưu ý rằng lúc đầu tôi đoản mạch bao gồm hai loại dòng điện - một chiều và xoay chiều. Họ cũng được gọi làthành phần không theo chu kỳ và tuần hoàn. Thiết bị bảo vệ so lệch sao cho sự hiện diện của thành phần không chu kỳ trong dòng điện phải luôn gây ra bão hòa quá mức của hệ thống từ trường máy biến áp. Do đó, chênh lệch tiềm năng mất cân bằng tăng mạnh. Khi dòng ngắn mạch bắt đầu giảm, giá trị mất cân bằng của hệ thống cũng giảm theo. Theo nguyên tắc này, bảo vệ so lệch của máy biến áp được thực hiện.
Độ nhạy của cấu trúc bảo vệ
Tất cả các loại bảo vệ vi sai đều hoạt động nhanh. Và chúng không hoạt động khi có ngắn mạch bên ngoài, vì vậy cần phải chọn rơle điện từ, có tính đến dòng điện không cân bằng lớn nhất có thể có trong hệ thống khi có ngắn mạch bên ngoài. Điều đáng chú ý là loại bảo vệ này có độ nhạy cực kỳ thấp. Để tăng nó, bạn phải đáp ứng nhiều điều kiện. Thứ nhất, cần sử dụng máy biến dòng không bảo hòa mạch từ tại thời điểm có dòng điện chạy qua mạch sơ cấp (không phụ thuộc vào giá trị của nó). Thứ hai, nên sử dụng các thiết bị điện loại nhanh bão hòa. Chúng phải được nối với các cuộn dây thứ cấp của các phần tử cần bảo vệ. Một rơ le điện từ được kết nối với một máy biến áp bão hòa nhanh (bảo vệ chênh lệch dòng điện trở nên đáng tin cậy nhất có thể) song song với cuộn dây thứ cấp của nó. Đây là cách hoạt động của bảo vệ so lệch máy phát hoặc máy biến áp.
Tăng độ nhạy
Giả sử rằng đã xảy ra đoản mạch bên ngoài. Trong trường hợp này, một dòng điện nhất định chạy qua các mạch sơ cấp của máy biến áp bảo vệ, bao gồm các thành phần tuần hoàn và tuần hoàn. Các "thành phần" tương tự có trong dòng điện không cân bằng chạy qua cuộn sơ cấp của máy biến áp bão hòa nhanh. Trong trường hợp này, thành phần không theo chu kỳ của dòng điện làm bão hòa lõi một cách đáng kể. Do đó không xảy ra sự biến đổi cường độ dòng điện vào mạch thứ cấp. Với sự suy giảm của thành phần không chu kỳ, sự giảm đáng kể độ bão hòa của mạch từ xảy ra, và dần dần một giá trị dòng điện nhất định bắt đầu xuất hiện trong mạch thứ cấp. Nhưng mức tối đa của dòng điện không cân bằng sẽ ít hơn nhiều so với trường hợp không có máy biến áp bão hòa nhanh. Do đó, bạn có thể tăng độ nhạy bằng cách đặt giá trị dòng điện bảo vệ nhỏ hơn hoặc bằng giá trị lớn nhất của chênh lệch tiềm năng mất cân bằng.
Phẩm chất tích cực của bảo vệ khác biệt
Trong thời gian đầu, mạch từ bão hòa rất mạnh, thực tế không xảy ra sự biến đổi. Nhưng sau khi thành phần tuần hoàn phân rã, phần tuần hoàn bắt đầu biến đổi trong mạch thứ cấp. Điều đáng chú ý là nó rất quan trọng. Do đó, rơ le điện từ hoạt động và đóng cắt mạch điện được bảo vệ. Mức biến đổi rất thấp trong khoảng một khoảng thời gian rưỡi đầu tiên sẽ làm chậm hoạt động của mạch bảo vệ. Nhưng điều này không đóng một vai trò lớn trong việc xây dựng các mạch bảo vệ mạch thực tế.
Bảo vệ so lệch máy biến áp không hoạt động trong các trường hợp có hư hỏng mạch điện ngoài vùng bảo vệ. Do đó, thời gian trễ và tính chọn lọc là không cần thiết. Thời gian phản hồi bảo vệ dao động từ 0,05 đến 0,1 giây. Đây là một ưu điểm rất lớn của loại bảo vệ vi sai này. Nhưng có một ưu điểm khác - độ nhạy rất cao, đặc biệt là khi sử dụng máy biến áp bão hòa nhanh. Trong số những ưu điểm nhỏ hơn, đáng chú ý là sự đơn giản và độ tin cậy rất cao.
Thuộc tính âm
Nhưng cả bảo vệ vi sai dọc và ngang đều có nhược điểm. Ví dụ, nó không có khả năng bảo vệ mạch điện khi bị đoản mạch từ bên ngoài. Ngoài ra, nó không thể mở mạch điện khi bị quá tải mạnh.
Thật không may, bảo vệ có thể hoạt động nếu mạch phụ bị hỏng, nơi cuộn thứ cấp được kết nối. Nhưng tất cả những ưu điểm của bảo vệ vi sai với dòng điện tuần hoàn đều làm gián đoạn những nhược điểm nhỏ này. Nhưng chúng có thể bảo vệ các đường dây điện có chiều dài rất ngắn, không quá một km.
Chúng rất thường được sử dụng trong việc thực hiện bảo vệ dây dẫn, với sự trợ giúp của các thiết bị khác nhau cần thiết cho hoạt động của các trạm phát điện và máy phát điện. Trong trường hợp chiều dài đường dây điện rất lớn, dài vài chục km, bảo vệ theomạch này rất khó thực hiện vì phải sử dụng dây dẫn có tiết diện rất lớn để nối rơ le điện từ và cuộn thứ cấp của máy biến áp.
Nếu bạn sử dụng dây tiêu chuẩn, thì tải trên các máy biến dòng sẽ quá lớn, cũng như dòng điện không cân bằng. Nhưng đối với độ nhạy, nó hóa ra cực kỳ thấp.
Kiểu dáng của rơ le bảo vệ và phạm vi của mạch
Trong các đường dây điện rất dài, một mạch điện được sử dụng trong đó có một rơ le bảo vệ có thiết kế đặc biệt. Với nó, bạn có thể cung cấp mức độ nhạy bình thường và sử dụng dây kết nối tiêu chuẩn. Bảo vệ so lệch ngang hoạt động bằng cách so sánh dòng điện trong hai dòng theo pha và độ lớn.
Bảo vệ chênh lệch tốc độ cao được sử dụng trong đường dây điện trong đó điện áp chảy trong khoảng 3-35 nghìn vôn. Điều này cung cấp khả năng bảo vệ đáng tin cậy chống ngắn mạch pha-pha. Bảo vệ so lệch được thực hiện là hai pha do mạng điện có điện áp làm việc trên không được nối đất bằng trung tính. Nếu không, trung tính được nối với đất bằng máng hồ quang.
Dây phụ trong thiết kế mạch bảo vệ
Máy biến dòng ở vị trí tương đối gần nhau. Do đó, các dây phụ khá ngắn. Khi sử dụng dây có đường kính nhỏ trênmáy biến áp sẽ phải chịu tải tương đối thấp. Đối với dòng điện không cân bằng, nó cũng nhỏ. Nhưng mức độ nhạy cảm rất cao. Trong trường hợp ngắt kết nối của bất kỳ đường dây nào, bảo vệ so lệch trở thành dòng điện, không có độ trễ thời gian và tính chọn lọc. Để tránh cảnh báo giả, các tiếp điểm phụ của đường dây ngắt kết nối mạch.
Bảo vệ vi sai mạch lệch
Bảo vệ cắt ngang được sử dụng rộng rãi trong việc phát triển các hệ thống đường dây hoạt động song song. Các công tắc được lắp đặt ở cả hai phía của đường dây. Điểm mấu chốt là các đường dây như vậy rất khó bảo vệ bằng các mạch điện đơn giản. Lý do là không thể đạt được mức độ chọn lọc bình thường. Để cải thiện tính chọn lọc, thời gian trễ phải được lựa chọn cẩn thận. Nhưng trong trường hợp sử dụng bảo vệ vi sai có hướng ngang thì không cần thời gian trễ, độ chọn lọc khá cao. Cô ấy có các cơ quan chính:
- Hướng nguồn. Thường sử dụng rơle hướng nguồn tác động kép. Đôi khi một cặp rơle bảo vệ vi sai tác động đơn được sử dụng hoạt động với các hướng công suất khác nhau.
- Khởi động - theo quy luật, rơ le tốc độ cao với dòng điện tối đa có thể được sử dụng trong vai trò của nó.
Thiết kế của hệ thống sao cho các máy biến dòng có cuộn thứ cấp nối trong mạch dòng điện tuần hoàn được lắp đặt trên đường dây. Nhưng tất cả các cuộn dây hiện tại được bật nối tiếp, sau khinhững gì chúng được kết nối với sự trợ giúp của các dây bổ sung với các máy biến áp hiện tại. Để bảo vệ pha-pha hoạt động, điện áp được cung cấp cho rơle bằng cách sử dụng các thanh góp của hệ thống lắp đặt. Đó là trên chúng mà toàn bộ bộ được cài đặt. Nếu bạn nhìn vào mạch để chuyển đổi trên các mạch thứ cấp của máy biến áp và một rơ le bảo vệ, chúng ta có thể kết luận tại sao nó được gọi là "tám có hướng". Toàn bộ hệ thống được làm thành hai bộ. Có một bộ ở mỗi đầu của đường dây, cung cấp bảo vệ chênh lệch hiện tại cho đường dây điện.
Mạch rơ le một pha
Điện áp vào rơ le bảo vệ được cấp ngược pha với mức cần thiết để ngắt một đường dây có hư hỏng. Trong hoạt động bình thường (kể cả khi có ngắn mạch bên ngoài), chỉ có dòng điện không cân bằng chạy qua các cuộn dây của rơle. Để tránh sai lệch, cần thiết là các rơ le khởi động có dòng hành trình lớn hơn dòng không cân bằng. Hãy xem xét công việc bảo vệ hai đường.
Khi bắt đầu ngắn mạch, một số dòng điện chạy trong vùng bảo vệ của đường dây thứ hai. Điều đáng chú ý là:
- Đã kích hoạt rơle khởi động.
- Ở phía bên của một trạm biến áp, rơle hướng nguồn sẽ mở các tiếp điểm của máy cắt.
- Từ phía bên của trạm biến áp thứ hai, đường dây cũng được ngắt bằng công tắc.
- Trong rơle hướng công suất, mô-men xoắn là âm, do đó các tiếp điểm sẽ mở.
Trong các cuộn dây của rơ le bảo vệ đường dây đầu tiênhướng chuyển động của dòng điện thay đổi (so với dòng đầu tiên) trong quá trình ngắn mạch. Rơle hướng nguồn giữ cho nhóm tiếp điểm ở trạng thái mở. Các cầu dao ở phía bên của cả hai trạm biến áp đều mở.
Chỉ bảo vệ chênh lệch dòng như vậy mới có thể hoạt động bình thường khi cả hai dòng chạy song song. Trong trường hợp một trong số chúng bị tắt, nguyên tắc hoạt động của bảo vệ vi sai bị vi phạm. Do đó, việc bảo vệ xa hơn dẫn đến sự tắt không chọn lọc của đường dây thứ hai trong quá trình ngắn mạch bên ngoài. Trong trường hợp này, nó trở thành một dòng điện có hướng thông thường, và nó không có thời gian trễ. Để tránh điều này, bảo vệ xuyên hướng sẽ tự động bị vô hiệu hóa trong quá trình ngắt kết nối của một đường dây bằng cách ngắt mạch bằng tiếp điểm phụ.
Các loại bảo vệ bổ sung
Dòng điện chạm của rơle khởi động phải lớn hơn dòng điện không cân bằng trong quá trình ngắn mạch bên ngoài. Để tránh dương tính giả khi một trong các đường dây bị ngắt kết nối và dòng tải tối đa đi qua đường dây còn lại, cần phải lớn hơn hiệu điện thế mất cân bằng. Nếu có loại bảo vệ chênh lệch ngang trên đường dây, thì phải cung cấp thêm các mức độ khác.
Chúng sẽ cho phép bảo vệ một đường dây khi ngắt đường dây song song. Thông thường, chúng được sử dụng để bảo vệ quá dòng khi ngắn mạch bên ngoài (trong trường hợp này là bảo vệ so lệch không phản ứng). Ngoài ra, bảo vệ bổ sunglà một bản sao lưu vào phần chênh lệch (nếu phần sau không thành công).
Bảo vệ dòng điện có hướng và không có hướng, cắt dòng điện, v.v … Bảo vệ so lệch dòng điện có hướng có thiết kế đơn giản, rất đáng tin cậy và đã được sử dụng rộng rãi trong các mạng điện có điện áp 35 nghìn vôn hoặc hơn. Đây là cách hoạt động của bảo vệ vi sai, nguyên lý hoạt động của nó khá đơn giản, nhưng bạn vẫn cần biết ít nhất những điều cơ bản về kỹ thuật điện để có thể hiểu tất cả những điều phức tạp.
