במאמר תלמדו על מהי הגנה דיפרנציאלית, איך היא פועלת, אילו תכונות חיוביות יש לה. זה גם ידבר על החסרונות של ההגנה הדיפרנציאלית של קווי מתח. תלמד גם תוכניות מעשיות להגנה על מכשירים וקווי חשמל.
סוג ההגנה הדיפרנציאלי נחשב כיום לנפוץ והמהיר ביותר. הוא מסוגל להגן על המערכת מפני קצרים משלב לשלב. ובמערכות אלה המשתמשות בנייטרלי מוארק מוצק, זה יכול בקלות למנוע את התרחשותם של קצרים חד פאזיים. סוג ההגנה הדיפרנציאלי משמש להגנה על קווי חשמל, מנועים בהספק גבוה, שנאים, גנרטורים.
ישנם שני סוגים של הגנה דיפרנציאלית בסך הכל:
- עם מתחים שמאזנים זה את זה.
- עם זרם במחזור.
מאמר זה יהיהשני סוגי ההגנה הדיפרנציאלית הללו נחשבים כדי ללמוד עליהם כמה שיותר.
הגנה דיפרנציאלית באמצעות זרמים במחזור
העיקרון הוא שמשווים זרמים. וליתר דיוק, יש השוואה בין פרמטרים בתחילת האלמנט שההגנה עליו מתבצעת, כמו גם בסופו. תכנית זו משמשת ביישום סוג האורך והרוחב. הראשונים משמשים כדי להבטיח את הבטיחות של קו מתח יחיד, מנועים חשמליים, שנאים, גנרטורים. הגנת קו דיפרנציאלי אורכי נפוצה מאוד בתעשיית החשמל המודרנית. הסוג השני של הגנה דיפרנציאלית משמש בעת שימוש בקווי מתח הפועלים במקביל.
הגנה דיפרנציאלית אורכית של קווים והתקנים
כדי ליישם הגנה מסוג אורכי, יש צורך להתקין את אותם שנאי זרם בשני הקצוות. הפיתולים המשניים שלהם חייבים להיות מחוברים זה לזה בסדרה בעזרת חוטי חשמל נוספים שצריכים להיות מחוברים לממסרי זרם. יתר על כן, ממסרי זרם אלה חייבים להיות מחוברים לפיתולים המשניים במקביל. בתנאים רגילים, כמו גם בנוכחות קצר חשמלי חיצוני, אותו זרם יזרום בשתי הפיתולים הראשוניים של השנאים, אשר יהיו שווים הן בפאזה והן בגודלה. ערך מעט קטן יותר יזרום דרך פיתול הזרם האלקטרומגנטי של הממסר. אתה יכול לחשב אותו באמצעות נוסחה פשוטה:
Ir=I1-I2.
הנח שהתלות הנוכחית של השנאים תתאים לחלוטין. לכן, ההפרש לעיל בערכים הנוכחיים קרוב לאפס או שווה לאפס. במילים אחרות, Ir=0 וההגנה לא עובדת בשלב זה. חיווט העזר המחבר את הפיתולים המשניים של השנאים מזרים זרם.
תוכנית של הגנה דיפרנציאלית מסוג אורכי
מעגל הגנה דיפרנציאלי זה מאפשר לך להשיג ערכים שווים של זרמים הזורמים דרך המעגל המשני של השנאים. בהתבסס על זה, אנו יכולים להסיק שתוכנית הגנה זו נקראה כך בגלל עקרון הפעולה. במקרה זה, האזור הממוקם ישירות בין השנאים הנוכחיים נופל לאזור ההגנה. במקרה שיש קצר חשמלי, באזור ההגנה, כאשר הוא מופעל מצד אחד של השנאי, הזרם I1 זורם דרך הפיתול של הממסר האלקטרומגנטי. הוא נשלח למעגל המשני של השנאי, המותקן בצד השני של הקו. יש לשים לב לעובדה שיש התנגדות גבוהה מאוד בפיתול המשני. לכן, כמעט שום זרם לא זורם דרכו. על פי עיקרון זה, ההגנה הדיפרנציאלית של צמיגים, גנרטורים, שנאים פועלת. במקרה ש-I1 יתברר כשווה או גדול מ-Ir, ההגנה מתחילה לפעול, ופותחת את קבוצת המגעים של המתגים.
הגנת קצר חשמלי ומעגל
במקרה של קצר חשמלי בתוך האזור המוגן, שניהםצדדים, זרם זורם דרך הממסר האלקטרומגנטי, השווה לסכום הזרמים של כל פיתול. במקרה זה, ההגנה מופעלת גם על ידי פתיחת המגעים של המתגים. כל הדוגמאות לעיל מניחות שכל הפרמטרים הטכניים של השנאים זהים לחלוטין. לכן, Ir=0. אבל אלה הם תנאים אידיאליים, במציאות, בגלל הבדלים קטנים בביצועים של מערכות מגנטיות של זרמים ראשוניים, מכשירים חשמליים שונים זה מזה באופן משמעותי, אפילו מאותו סוג. אם יש הבדלים במאפיינים של שנאי זרם (כאשר מיושמת הגנת פאזה דיפרנציאלית של המבנה), אז הזרמים של המעגלים המשניים יהיו שונים, גם אם הראשוניים זהים לחלוטין. כעת עלינו לשקול כיצד פועל מעגל ההגנה הדיפרנציאלי במקרה של קצר חשמלי חיצוני בקו החשמל.
קצר חשמלי חיצוני
בנוכחות קצר חשמלי חיצוני, זרם חוסר איזון יזרום דרך הממסר האלקטרומגנטי של ההגנה הדיפרנציאלית. ערכו תלוי ישירות באיזה זרם עובר במעגל הראשי של השנאי. במצב עומס רגיל, ערכו קטן, אך בנוכחות קצר חשמלי חיצוני הוא מתחיל לעלות. ערכו תלוי גם בזמן שלאחר תחילת התקלה. יתרה מכך, הוא אמור להגיע לערכו המרבי בתקופות הראשונות לאחר תחילת הסגירה. זה היה בזמן הזה שכל הקצר I זורם דרך המעגלים הראשוניים של השנאים.
ראוי גם לציין שבהתחלה I קצר חשמלי מורכב משני סוגים של זרם - ישיר וחילופין. הם נקראים גםרכיבים א-מחזוריים ומחזוריים. התקן ההגנה הדיפרנציאלי הוא כזה שהנוכחות של רכיב א-מחזורי בזרם חייבת תמיד לגרום לרוויה מוגזמת של המערכת המגנטית של השנאי. כתוצאה מכך, הפרש הפוטנציאל חוסר האיזון גדל בחדות. כאשר זרם הקצר מתחיל לרדת, גם ערך חוסר האיזון של המערכת יורד. לפי עיקרון זה, מתבצעת הגנה דיפרנציאלית על השנאי.
רגישות של מבני הגנה
כל סוגי ההגנה הדיפרנציאלית פועלים במהירות. והם לא עובדים בנוכחות קצרים חיצוניים, ולכן יש צורך לבחור ממסרים אלקטרומגנטיים, תוך התחשבות בזרם חוסר האיזון המרבי האפשרי במערכת בנוכחות קצר חשמלי חיצוני. כדאי לשים לב לכך שלהגנה מסוג זה יש רגישות נמוכה במיוחד. כדי להגדיל אותו, עליך לעמוד בתנאים רבים. ראשית, יש צורך להשתמש בשנאי זרם שאינם מרווים את המעגלים המגנטיים ברגע שבו זורם הזרם במעגל הראשוני (ללא קשר לערכו). שנית, רצוי להשתמש במכשירי חשמל מסוג רוויה מהיר. הם חייבים להיות מחוברים לפיתולים המשניים של האלמנטים שיש להגן עליהם. ממסר אלקטרומגנטי מחובר לשנאי הרוויה מהירה (הגנה על דיפרנציאל זרם הופכת אמינה ככל האפשר) במקביל לסלילה המשנית שלו. כך פועלת הגנה דיפרנציאלית של גנרטור או שנאי.
הגברת הרגישות
הנח שאירע קצר חשמלי חיצוני. במקרה זה, זרם מסוים זורם דרך המעגלים הראשוניים של שנאי מגן, המורכבים ממרכיבים א-מחזוריים ומחזוריים. אותם "רכיבים" נמצאים בזרם חוסר האיזון שזורם דרך הפיתול הראשוני של שנאי הרוויה במהירות. במקרה זה, המרכיב הא-מחזורי של הזרם מרווה באופן משמעותי את הליבה. לכן, השינוי של הזרם למעגל המשני אינו מתרחש. עם הנחתה של הרכיב הא-מחזורי, מתרחשת ירידה משמעותית ברוויה של המעגל המגנטי, ובהדרגה מתחיל להופיע ערך זרם מסוים במעגל המשני. אבל הרמה המקסימלית של זרם חוסר איזון תהיה הרבה פחות מאשר בהיעדר שנאי רווי מהיר. לכן, אתה יכול להגביר את הרגישות על ידי הגדרת ערך זרם ההגנה קטן או שווה לערך המקסימלי של הפרש הפוטנציאל חוסר איזון.
איכויות חיוביות של הגנה דיפרנציאלית
במהלך התקופות הראשונות, המעגל המגנטי רווי חזק מאוד, הטרנספורמציה כמעט אינה מתרחשת. אבל לאחר שהרכיב הא-מחזורי מתפורר, החלק המחזורי מתחיל להתמר במעגל המשני. כדאי לשים לב לעובדה שזה מאוד חשוב. לכן, הממסר האלקטרומגנטי פועל ומכבה את המעגל המוגן. רמה נמוכה מאוד של טרנספורמציה במשך פרקי הזמן וחצי הראשונים בקירוב מאטה את פעולת מעגל ההגנה. אבל זה לא משחק תפקיד גדול בבניית מעגלי הגנת מעגלים מעשיים.
הגנת דיפרנציאל שנאי אינה פועלת במקרים בהם ישנה פגיעה במעגל החשמלי מחוץ לאזור ההגנה. לכן, עיכוב זמן וסלקטיביות אינם נדרשים. זמן התגובה להגנה נע בין 0.05 ל-0.1 שניות. זהו יתרון עצום של סוג זה של הגנה דיפרנציאלית. אבל יש יתרון נוסף - רגישות גבוהה מאוד, במיוחד כשמשתמשים בשנאי הרוויה מהירה. בין היתרונות הקטנים יותר, ראוי לציין כמו פשטות ואמינות גבוהה מאוד.
נכסים שליליים
אבל גם להגנה דיפרנציאלית אורכית וגם רוחבית יש חסרונות. לדוגמה, הוא אינו מסוגל להגן על המעגל החשמלי כאשר הוא חשוף לקצרים מבחוץ. כמו כן, הוא אינו מסוגל לפתוח את המעגל החשמלי כאשר הוא נתון לעומס יתר חזק.
למרבה הצער, ההגנה יכולה לעבוד אם מעגל העזר פגום, אליו מחוברת הפיתול המשנית. אבל כל היתרונות של הגנה דיפרנציאלית עם זרם במחזור קוטעים את החסרונות הקטנים הללו. אבל הם מסוגלים להגן על קווי מתח באורך קצר מאוד, לא יותר מקילומטר.
הם משמשים לעתים קרובות מאוד ביישום הגנה על חוטים, בעזרתם מופעלים מכשירים שונים הנחוצים להפעלת תחנות כוח וגנרטורים. במקרה שאורך קו החשמל גדול מאוד, למשל, מדובר בכמה עשרות קילומטרים, מיגון לפימעגל זה קשה מאוד לביצוע, שכן יש צורך להשתמש בחוטים בעלי חתך רוחב גדול מאוד לחיבור ממסרים אלקטרומגנטיים ולפיתול משני של שנאים.
אם אתה משתמש בחוטים סטנדרטיים, אז העומס על שנאי הזרם יהיה גדול מדי, כמו גם חוסר האיזון של הזרם. אבל לגבי הרגישות, מסתבר שהיא נמוכה ביותר.
עיצובים של ממסרי הגנה והיקף המעגלים
בקווי מתח ארוכים מאוד, נעשה שימוש במעגל שבו קיים ממסר מגן בעיצוב מיוחד. עם זה, אתה יכול לספק רמת רגישות נורמלית, ולהשתמש בחוטי חיבור סטנדרטיים. הגנה דיפרנציאלית רוחבית פועלת על ידי השוואת הזרם בשני קווים בשלבים ובגדלים.
הגנה דיפרנציאלית מהירה משמשת בקווי מתח שבהם זורם מתח בטווח של 3-35 אלף וולט. זה מספק הגנה אמינה מפני קצר שלב לשלב. ההגנה הדיפרנציאלית מתבצעת כדו-פאזית בשל העובדה שרשת החשמל עם מתחי ההפעלה לעיל אינה מקורקעת על ידי נייטרלים. אחרת, הנייטרלי מחובר לאדמה באמצעות מצנח קשת.
חוטי עזר בעיצוב מעגלי הגנה
שנאי זרם נמצאים בקרבה יחסית זה לזה. לכן, חוטי העזר קצרים למדי. כאשר משתמשים בחוטים בקוטר קטן עלשנאים ייחשפו לעומס נמוך יחסית. באשר לזרם חוסר האיזון, הוא גם קטן. אבל מידת הרגישות גבוהה מאוד. במקרה של ניתוק של קו כלשהו, ההגנה הדיפרנציאלית הופכת לזרם, אין עיכוב זמן וסלקטיביות. כדי למנוע אזעקות שווא, מגעי עזר בקו מנתקים את המעגל.
הגנה דיפרנציאלית של מעגל סטריאוורס
הגנה רוחבית נמצאת בשימוש נרחב בפיתוח מערכות קו הפועלות במקביל. מתגים מותקנים משני צידי הקו. השורה התחתונה היא שקשה מאוד להגן על קווים כאלה במעגלים פשוטים. הסיבה היא שאי אפשר להגיע לרמה נורמלית של סלקטיביות. כדי לשפר את הסלקטיביות, יש לבחור בקפידה את עיכוב הזמן. אבל במקרה של שימוש בהגנה דיפרנציאלית מכוונת רוחבית, אין צורך בהשהיית הזמן, הסלקטיביות גבוהה למדי. יש לה איברים מרכזיים:
- כיוון כוח. לעתים קרובות נעשה שימוש בממסרי כיוון כוח דו-פעמיים. לפעמים נעשה שימוש בזוג ממסרי הגנה דיפרנציאליים חד-פעמיים הפועלים בכיווני כוח שונים.
- התחיל - ככלל, ממסרים מהירים עם הזרם המרבי האפשרי משמשים בתפקידו.
עיצוב המערכת הוא כזה שבקווים מותקנים שנאי זרם עם פיתולים משניים המחוברים במעגל זרם במחזור. אבל כל פיתולי הזרם מופעלים בסדרה, לאחר מכןמה הם מחוברים בעזרת חוטים נוספים לשנאים הנוכחיים. על מנת שההגנה על הפאזה הדיפרנציאלית תעבוד, מתח מסופק לממסר באמצעות פסי הרשת של המתקנים. זה עליהם כי הערכה כולה מותקנת. אם אתה מסתכל על המעגל להפעלת המעגלים המשניים של שנאים וממסר מגן, נוכל להסיק מדוע הוא נקרא "שמונה מכוון". המערכת כולה עשויה בשני סטים. יש סט אחד בכל קצה של הקו, המספק הגנה דיפרנציאלית זרם לקו החשמל.
מעגל ממסר חד פאזי
מתח לממסר ההגנה מסופק בשלב הפוך למה שצריך כדי לנתק קו אחד עם נזק. בפעולה רגילה (כולל בנוכחות קצר חשמלי חיצוני), רק זרם חוסר האיזון זורם דרך פיתולי הממסר. על מנת למנוע נסיעות שווא, יש צורך שלממסרי ההתנעה יהיה זרם יציאה גדול יותר מזרם חוסר האיזון. שקול את העבודה של הגנה על שני קווים.
בתחילת הקצר, קצת זרם זורם באזור ההגנה של הקו השני. כדאי לשים לב לעובדה ש:
- ממסר הפעלה מופעל.
- בצד של תחנת משנה אחת, ממסר כיוון הכוח פותח את מגעי המפסק.
- מהצד של תחנת המשנה השנייה, הקו מנותק גם הוא באמצעות מתגים.
- בממסר כיוון הכוח, המומנט שלילי, ולכן המגעים פתוחים.
בפיתולים של ממסר ההגנה של הקו הראשוןכיוון תנועת הזרם משתנה (ביחס לקו הראשון) במהלך קצר חשמלי. ממסר כיוון הכוח שומר על קבוצת אנשי הקשר במצב פתוח. המפסקים בצד שתי התחנות נפתחים.
רק הגנת דיפרנציאל קו כזו יכולה לתפקד כראוי רק כאשר שני הקווים פועלים במקביל. במקרה שאחד מהם כבוי, עיקרון הפעולה של ההגנה הדיפרנציאלית מופר. כתוצאה מכך, הגנה נוספת מובילה לכיבוי לא סלקטיבי של הקו השני במהלך קצר חשמלי חיצוני. במקרה זה, הוא הופך לזרם כיווני רגיל, ואין לו עיכוב זמן. כדי למנוע זאת, ההגנה הצולבת מושבתת אוטומטית במהלך ניתוק קו אחד על ידי שבירת המעגל עם מגע העזר.
סוגים נוספים של הגנה
זרמי הטריפה של ממסרי ההתנעה חייבים להיות גדולים מהזרמים חוסר האיזון במהלך קצר חשמלי חיצוני. כדי למנוע תוצאות חיוביות שגויות כאשר אחד מהקווים מנותק וזרם העומס המרבי עובר דרך הנותר, יש צורך שהוא יהיה גדול מהפרש הפוטנציאל הבלתי איזון. אם יש סוג רוחבי של הגנה דיפרנציאלית על הקו, יש לספק דרגות נוספות.
הם יאפשרו להגן על קו אחד כאשר המקביל כבוי. בדרך כלל הם משמשים להגנת זרם יתר במהלך קצר חשמלי חיצוני (במקרה זה ההגנה הדיפרנציאלית אינה מגיבה). בנוסף, הגנה נוספתהוא גיבוי לדפרנציאל (אם האחרון נכשל).
הגנת זרם כיוונית ולא כיוונית, ניתוקים וכו' משמשים לעתים קרובות. הגנה דיפרנציאלית צולבת היא פשוטה בעיצובה, אמינה מאוד ונמצאת בשימוש נרחב ברשתות חשמל עם מתחים של 35 אלף וולט או יותר. כך עובדת הגנה דיפרנציאלית, עקרון הפעולה שלה די פשוט, אבל עדיין צריך לדעת לפחות את היסודות של הנדסת חשמל כדי להבין את כל המורכבויות.
