ستتعرف في المقالة على ماهية الحماية التفاضلية ، وكيف تعمل ، وما هي الصفات الإيجابية التي تتمتع بها. كما سيتحدث عن أوجه القصور في الحماية التفاضلية لخطوط الكهرباء. سوف تتعلم أيضًا المخططات العملية لحماية الأجهزة وخطوط الكهرباء.
يعتبر النوع التفاضلي للحماية حاليًا هو الأكثر شيوعًا وأسرعها. إنه قادر على حماية النظام من الدوائر القصيرة من الطور إلى الطور. وفي تلك الأنظمة التي تستخدم محايدًا ذو أرضية صلبة ، يمكنه بسهولة منع حدوث دوائر قصيرة أحادية الطور. يستخدم النوع التفاضلي للحماية لحماية خطوط الكهرباء والمحركات عالية الطاقة والمحولات والمولدات.
هناك نوعان من الحماية التفاضلية في المجموع:
- مع التوترات التي توازن بعضها البعض
- مع تداول التيار.
هذه المادة سوفيتم النظر في كلا النوعين من الحماية التفاضلية من أجل التعرف على أكبر قدر ممكن عنهما.
الحماية التفاضلية باستخدام التيارات المتداولة
المبدأ هو مقارنة التيارات. ولكي نكون أكثر دقة ، هناك مقارنة بين المعلمات في بداية العنصر ، والتي يتم حمايتها ، وكذلك في النهاية. يستخدم هذا المخطط في تنفيذ النوع الطولي والعرضي. يتم استخدام السابق لضمان سلامة خط طاقة واحد ، ومحركات كهربائية ، ومحولات ، ومولدات. حماية الخط التفاضلي الطولي شائعة جدًا في صناعة الطاقة الحديثة. النوع الثاني من الحماية التفاضلية يستخدم عند استخدام خطوط كهرباء تعمل بالتوازي.
الحماية التفاضلية الطولية للخطوط والأجهزة
لتنفيذ الحماية من النوع الطولي ، من الضروري تثبيت نفس المحولات الحالية عند كلا الطرفين. يجب توصيل اللفات الثانوية ببعضها البعض في سلسلة بمساعدة الأسلاك الكهربائية الإضافية التي يجب توصيلها بالمرحلات الحالية. علاوة على ذلك ، يجب توصيل هذه المرحلات الحالية بالملفات الثانوية بالتوازي. في ظل الظروف العادية ، وكذلك في وجود دائرة قصر خارجية ، سيتدفق نفس التيار في كل من اللفات الأولية للمحولات ، والتي ستكون متساوية في الطور والحجم. ستتدفق قيمة أصغر قليلاً من خلال لف التيار الكهرومغناطيسي للمرحل. يمكنك حسابه باستخدام معادلة بسيطة:
أناr=أنا1-I2.
افترض أن التبعيات الحالية للمحولات سوف تتطابق تمامًا. لذلك ، فإن الاختلاف المذكور أعلاه في القيم الحالية قريب من أو يساوي الصفر. بمعنى آخر ، أناr=0 والحماية لا تعمل في هذا الوقت. الأسلاك المساعدة التي تربط اللفات الثانوية للمحولات تقوم بتدوير التيار.
مخطط الحماية التفاضلية من النوع الطولي
تسمح لك دائرة الحماية التفاضلية هذه بالحصول على قيم متساوية للتيارات التي تتدفق عبر الدائرة الثانوية للمحولات. بناءً على ذلك ، يمكننا أن نستنتج أن نظام الحماية هذا قد سمي بهذا الاسم بسبب مبدأ التشغيل. في هذه الحالة ، تقع المنطقة الواقعة مباشرة بين المحولات الحالية في منطقة الحماية. في حالة وجود دائرة كهربائية قصيرة ، في منطقة الحماية ، عند تشغيلها من جانب واحد من المحول ، يتدفق التيار I1عبر لف المرحل الكهرومغناطيسي. يتم إرساله إلى الدائرة الثانوية للمحول ، والتي يتم تثبيتها على الجانب الآخر من الخط. من الضروري الانتباه إلى حقيقة وجود مقاومة عالية جدًا في الملف الثانوي. لذلك ، لا يتدفق أي تيار تقريبًا من خلاله. وفقًا لهذا المبدأ ، تعمل الحماية التفاضلية للإطارات والمولدات والمحولات. في حال تبين أن I1مساوٍ أو أكبر من Ir، تبدأ الحماية في العمل ، وفتح مجموعة جهات الاتصال الخاصة بالمفاتيح.
ماس كهربائى وحماية الدائرة
في حالة حدوث ماس كهربائي داخل المنطقة المحمية ، كلاهماالجوانب ، يتدفق التيار عبر مرحل كهرومغناطيسي ، مساوٍ لمجموع تيارات كل ملف. في هذه الحالة ، يتم تنشيط الحماية أيضًا عن طريق فتح جهات اتصال المفاتيح. تفترض جميع الأمثلة المذكورة أعلاه أن جميع المعلمات التقنية للمحولات هي نفسها تمامًا. لذلك ، أناr=0. لكن هذه ظروف مثالية ، في الواقع ، نظرًا للاختلافات الصغيرة في أداء الأنظمة المغناطيسية للتيارات الأولية ، تختلف الأجهزة الكهربائية بشكل كبير عن بعضها البعض ، حتى من نفس النوع. إذا كانت هناك اختلافات في خصائص المحولات الحالية (عند تنفيذ حماية الطور التفاضلي للهيكل) ، فإن تيارات الدوائر الثانوية ستختلف ، حتى لو كانت الأولية متطابقة تمامًا. الآن نحن بحاجة إلى النظر في كيفية عمل دائرة الحماية التفاضلية في حالة حدوث ماس كهربائي خارجي على خط الطاقة.
ماس كهربائى خارجي
في وجود دائرة قصر خارجية ، سوف يتدفق تيار غير متوازن عبر مرحل الحماية التفاضلية الكهرومغناطيسي. تعتمد قيمتها بشكل مباشر على التيار الذي يمر عبر الدائرة الأولية للمحول. في وضع الحمل العادي ، تكون قيمته صغيرة ، ولكن في وجود دائرة كهربائية قصيرة خارجية ، تبدأ في الزيادة. تعتمد قيمته أيضًا على الوقت بعد بدء الخطأ. علاوة على ذلك ، يجب أن يصل إلى أقصى قيمته في الفترات القليلة الأولى بعد بدء الإغلاق. في هذا الوقت ، تتدفق الدائرة القصيرة I بأكملها عبر الدوائر الأولية للمحولات.
وتجدر الإشارة أيضًا إلى أنه في البداية تتكون دائرة القصر من نوعين من التيار - مباشر ومتناوب. يطلق عليهم أيضاالمكونات غير الدورية والدورية. جهاز الحماية التفاضلية هو أن وجود مكون غير دوري في التيار يجب أن يتسبب دائمًا في تشبع مفرط للنظام المغناطيسي للمحول. وبالتالي ، يزيد فرق جهد عدم التوازن بشكل حاد. عندما يبدأ تيار الدائرة القصيرة في الانخفاض ، تنخفض أيضًا قيمة عدم التوازن في النظام. وفقًا لهذا المبدأ ، يتم تنفيذ الحماية التفاضلية للمحول.
حساسية الهياكل الواقية
جميع أنواع الحماية التفاضلية سريعة المفعول. وهي لا تعمل في وجود دوائر قصر خارجية ، لذلك من الضروري اختيار المرحلات الكهرومغناطيسية ، مع مراعاة أقصى قدر ممكن من عدم الاتزان الحالي في النظام في ظل وجود ماس كهربائي خارجي. يجدر الانتباه إلى حقيقة أن هذا النوع من الحماية لديه حساسية منخفضة للغاية. لزيادتها ، يجب أن تستوفي شروطًا كثيرة. أولاً ، من الضروري استخدام محولات التيار التي لا تشبع الدوائر المغناطيسية في الوقت الذي يتدفق فيه التيار عبر الدائرة الأولية (بغض النظر عن قيمتها). ثانيًا ، من المستحسن استخدام الأجهزة الكهربائية سريعة التشبع. يجب أن تكون متصلة بالملفات الثانوية للعناصر المراد حمايتها. يتم توصيل المرحل الكهرومغناطيسي بمحول سريع التشبع (تصبح الحماية التفاضلية الحالية موثوقة قدر الإمكان) بالتوازي مع ملفه الثانوي. هذه هي الطريقة التي تعمل بها الحماية التفاضلية للمولدات أو المحولات.
زيادة الحساسية
افترض حدوث ماس كهربائي خارجي. في هذه الحالة ، يتدفق تيار معين عبر الدوائر الأولية للمحولات الواقية ، التي تتكون من مكونات غير دورية ودورية. توجد نفس "المكونات" في تيار عدم التوازن الذي يتدفق عبر الملف الأولي لمحول سريع التشبع. في هذه الحالة ، فإن المكون غير الدوري للتيار يشبع النواة بشكل كبير. لذلك ، لا يحدث تحول التيار إلى الدائرة الثانوية. مع توهين المكون غير الدوري ، يحدث انخفاض كبير في تشبع الدائرة المغناطيسية ، وتبدأ تدريجياً قيمة تيار معينة في الظهور في الدائرة الثانوية. لكن الحد الأقصى لمستوى عدم التوازن الحالي سيكون أقل بكثير مما هو عليه في حالة عدم وجود محول سريع التشبع. لذلك ، يمكنك زيادة الحساسية عن طريق تحديد قيمة الحماية الحالية أقل من أو تساوي القيمة القصوى لفرق احتمال عدم التوازن.
الصفات الإيجابية للحماية التفاضلية
خلال الفترات الأولى ، تكون الدائرة المغناطيسية مشبعة بشدة ، ولا يحدث التحول عمليًا. ولكن بعد تحلل المكون غير الدوري ، يبدأ الجزء الدوري في التحول في الدائرة الثانوية. يجدر الانتباه إلى حقيقة أنها مهمة للغاية. لذلك ، يعمل التتابع الكهرومغناطيسي ويغلق الدائرة المحمية. يؤدي مستوى التحويل المنخفض جدًا لأول مرة ونصف تقريبًا إلى إبطاء عمل دائرة الحماية. لكن هذا لا يلعب دورًا كبيرًا في بناء دوائر حماية الدائرة العملية.
لا تعمل الحماية التفاضلية للمحول في الحالات التي يكون فيها تلف للدائرة الكهربائية خارج منطقة الحماية. لذلك ، التأخير الزمني والانتقائية غير مطلوبين. يتراوح وقت استجابة الحماية من 0.05 إلى 0.1 ثانية. هذه ميزة كبيرة لهذا النوع من الحماية التفاضلية. ولكن هناك ميزة أخرى - درجة عالية جدًا من الحساسية ، خاصة عند استخدام محول سريع التشبع. من بين المزايا الأصغر ، تجدر الإشارة إلى البساطة والموثوقية العالية جدًا.
خصائص سلبية
لكن الحماية التفاضلية الطولية والعرضية لها عيوب. على سبيل المثال ، لا يمكنها حماية الدائرة الكهربائية عند تعرضها لدوائر قصيرة من الخارج. كما أنه غير قادر على فتح الدائرة الكهربائية عند تعرضه لحمل زائد قوي.
لسوء الحظ ، يمكن أن تعمل الحماية في حالة تلف الدائرة المساعدة التي يتصل بها الملف الثانوي. لكن كل مزايا الحماية التفاضلية مع التيار المتداول تقطع هذه العيوب الطفيفة. لكنهم قادرون على حماية خطوط الكهرباء ذات الأطوال القصيرة جدًا التي لا تزيد عن كيلومتر واحد.
يتم استخدامها غالبًا في تنفيذ حماية الأسلاك ، حيث يتم تشغيل الأجهزة المختلفة اللازمة لتشغيل محطات الطاقة والمولدات. في حال كان طول خط الكهرباء كبيرا جدا فمثلا يكون عدة عشرات من الكيلومترات والحماية حسبمن الصعب جدًا أداء هذه الدائرة ، حيث من الضروري استخدام أسلاك ذات مقطع عرضي كبير جدًا لتوصيل المرحلات الكهرومغناطيسية والملف الثانوي للمحولات.
إذا كنت تستخدم الأسلاك القياسية ، فسيكون الحمل على المحولات الحالية كبيرًا جدًا ، وكذلك التيار غير المتوازن. لكن بالنسبة للحساسية ، اتضح أنها منخفضة للغاية.
تصاميم مرحلات الحماية ونطاق الدوائر
في خطوط الطاقة الطويلة جدًا ، يتم استخدام دائرة يوجد بها مرحل وقائي بتصميم خاص. باستخدامه ، يمكنك توفير مستوى عادي من الحساسية واستخدام أسلاك التوصيل القياسية. تعمل الحماية التفاضلية المستعرضة من خلال مقارنة التيار في سطرين على مراحل ومقادير.
يتم استخدام الحماية التفاضلية عالية السرعة في خطوط الطاقة التي يتدفق فيها الجهد في حدود 3-35 ألف فولت. يوفر هذا حماية موثوقة ضد ماس كهربائى من الطور إلى الطور. يتم تنفيذ الحماية التفاضلية على مرحلتين نظرًا لحقيقة أن شبكة الطاقة ذات الفولتية التشغيلية المذكورة أعلاه غير مؤرضة بواسطة المحايدين. خلاف ذلك ، يتم توصيل المحايد بالأرض عن طريق مجرى قوس.
الأسلاك المساعدة في تصميم دوائر الحماية
المحولات الحالية قريبة نسبيًا من بعضها البعض. لذلك ، فإن الأسلاك المساعدة قصيرة نوعًا ما. عند استخدام أسلاك ذات قطر صغيرستتعرض المحولات لحمل منخفض نسبيًا. أما تيار عدم الاتزان فهو صغير أيضًا. لكن درجة الحساسية عالية جدا. في حالة انقطاع أي خط ، تصبح الحماية التفاضلية سارية ، ولا يوجد تأخير زمني وانتقائية. لمنع الإنذارات الكاذبة ، افصل جهات الاتصال المساعدة للخط الدائرة.
الحماية التفاضلية للدارة الشريطية
تستخدم الحماية المستعرضة على نطاق واسع في تطوير أنظمة الخطوط التي تعمل بالتوازي. يتم تثبيت المفاتيح على جانبي الخط. خلاصة القول هي أنه من الصعب جدًا حماية مثل هذه الخطوط باستخدام دوائر بسيطة. والسبب هو أنه من المستحيل تحقيق مستوى عادي من الانتقائية. لتحسين الانتقائية ، يجب اختيار التأخير الزمني بعناية. ولكن في حالة استخدام الحماية التفاضلية الموجهة بشكل عرضي ، لا داعي للتأخير الزمني ، فالانتقائية عالية جدًا. لديها أعضاء رئيسية:
- اتجاه القوة. غالبًا ما تستخدم مرحلات اتجاه الطاقة مزدوجة المفعول. في بعض الأحيان يتم استخدام زوج من مرحلات الحماية التفاضلية أحادية المفعول والتي تعمل باتجاهات طاقة مختلفة.
- البداية - كقاعدة عامة ، يتم استخدام مرحلات عالية السرعة بأقصى تيار ممكن في دورها.
تصميم النظام بحيث يتم تثبيت المحولات الحالية ذات اللفات الثانوية المتصلة في دائرة تيار متداول على الخطوط. ولكن يتم تشغيل جميع اللفات الحالية على التوالي ، بعد ذلكما يتم توصيله بمساعدة الأسلاك الإضافية للمحولات الحالية. لكي تعمل حماية الطور التفاضلي ، يتم توفير الجهد للترحيل باستخدام قضبان التوصيل الخاصة بالتركيبات. يتم تثبيت المجموعة بأكملها عليها. إذا نظرت إلى الدائرة لتشغيل الدوائر الثانوية للمحولات وترحيل الحماية ، فيمكننا استنتاج سبب تسميتها بـ "الثمانية الموجهة". يتكون النظام بأكمله في مجموعتين. هناك مجموعة واحدة في كل نهاية من الخط ، والتي توفر الحماية التفاضلية الحالية لخط الطاقة.
دائرة تتابع أحادية الطور
يتم توفير الجهد لترحيل الحماية في مرحلة عكسية إلى ما هو مطلوب لفصل خط واحد مع تلف. في التشغيل العادي (بما في ذلك في وجود دائرة قصر خارجية) ، يتدفق تيار عدم التوازن فقط من خلال ملفات الترحيل. من أجل تجنب الرحلات الخاطئة ، من الضروري أن يكون لمرحلات البدء تيار رحلة أكبر من تيار عدم التوازن. النظر في عمل حماية خطين.
في بداية الدائرة القصيرة ، يتدفق بعض التيار في منطقة الحماية للخط الثاني. يجدر الانتباه إلى حقيقة أن:
- تنشيط بدء الترحيل.
- على جانب محطة فرعية واحدة ، يفتح مرحل اتجاه الطاقة جهات اتصال قاطع الدائرة.
- من جانب المحطة الفرعية الثانية ، يتم فصل الخط أيضًا باستخدام المفاتيح.
- في مرحل اتجاه الطاقة ، يكون عزم الدوران سالبًا ، وبالتالي تكون جهات الاتصال مفتوحة.
في لفات تتابع حماية الخط الأوليتغير اتجاه الحركة الحالية (بالنسبة إلى السطر الأول) خلال دائرة كهربائية قصيرة. يحافظ مرحل اتجاه الطاقة على مجموعة جهات الاتصال في حالة الفتح. قواطع الدائرة على جانب كلتا المحطات الفرعية مفتوحة.
فقط هذه الحماية التفاضلية للخط يمكن أن تعمل بشكل صحيح فقط عندما يعمل كلا الخطين على التوازي. في حالة إيقاف تشغيل أحدهم ، يتم انتهاك مبدأ تشغيل الحماية التفاضلية. وبالتالي ، تؤدي الحماية الإضافية إلى الإغلاق غير الانتقائي للخط الثاني أثناء الدوائر القصيرة الخارجية. في هذه الحالة ، يصبح تيارًا اتجاهيًا عاديًا ، وليس له تأخير زمني. لتجنب ذلك ، يتم تعطيل الحماية عبر الاتجاهات تلقائيًا أثناء فصل خط واحد عن طريق كسر الدائرة مع جهة الاتصال الإضافية.
أنواع إضافية من الحماية
يجب أن تكون تيارات التعثر لمرحلات البدء أكبر من التيارات غير المتوازنة أثناء دائرة قصر خارجية. لتجنب الإيجابيات الكاذبة عندما يتم فصل أحد الخطوط ويمر الحد الأقصى للحمل الحالي عبر الخط المتبقي ، من الضروري أن يكون أكبر من فرق احتمال عدم التوازن. إذا كان هناك نوع عرضي للحماية التفاضلية على الخط ، فيجب توفير درجات إضافية.
سيسمحون بحماية خط واحد عند إيقاف تشغيل الخط الموازي. عادةً ما يتم استخدامها للحماية من التيار الزائد أثناء دائرة قصر خارجية (في هذه الحالة لا تتفاعل الحماية التفاضلية). بالإضافة إلى ذلك ، حماية إضافيةهو نسخ احتياطي للتفاضل (إذا فشل الأخير).
الحماية الحالية الاتجاهية وغير الاتجاهية ، وقطع الانقطاع ، وما إلى ذلك غالبًا ما تستخدم الحماية التفاضلية عبر الاتجاهات بسيطة في التصميم وموثوقة للغاية وقد تم استخدامها على نطاق واسع في شبكات الطاقة ذات الفولتية 35 ألف فولت أو أكثر. هذه هي الطريقة التي تعمل بها الحماية التفاضلية ، ومبدأ عملها بسيط للغاية ، ولكن ما زلت بحاجة إلى معرفة أساسيات الهندسة الكهربائية على الأقل لفهم جميع التعقيدات.
