Лекция №8 Дифференциальные реле (аппараты защитного отключения)
Аппараты защитного отключения– АЗО (в российской технической литературе – устройства защитного отключения – УЗО, в западной технической литературе – реле дифференциального тока) обеспечивают защиту человека от поражения электрическим током при прямом или косвенном прикосновении ктоковедущим частям электроустановок. По своему принципу действия АЗО является защитным выключателем, автоматически отключающим контролируемую электроустановку от сети при возникновении тока утечки на землю. АЗО являетсяединственнымсредством, обеспечивающим защиту человека от поражения электрическим током при прикосновении к токоведущим частям.
Другим, важным свойством АЗО, является способность осуществлять защиту от возгораний и пожаров, возникающих вследствие неисправности электрооборудования. АЗО, реагируя на утечку, заблаговременно, до развития утечки в короткое замыкание, отключает электроустановку от источника питания, предупреждая недопустимый перегрев проводников и последующее возгорание.
Принципиальная схема однофазного двухполюсного АЗО приведена на рис. 8.1. В состав АЗО входят два главных контакта, размыкающих цепи фазного провода Lи нейтралиN, дифференциальный трансформаторTD, первичной обмоткой которого являются проводники LиN, а вторичная обмотка присоединена к обмотке расцепителяP, в котором используется чувствительная магнито-электрическая система. РасцепительРсрабатывает при появлении разности токови воздействует на механизм свободного расцепленияМ, который обеспечивает размыкание главных контактов.
Рис. 8.1 – Принципиальная схема
однофазного (двухполюсного) АЗО
Все АЗО оснащаются контрольной (тестовой) цепью, содержащий замыкающий контакт STи резисторR. КонтактSTуправляется кнопкой «тест», выведенной на переднюю панель аппарата. При нажатии на кнопкуSTискусственно создается разность токови выключатель должен срабатывать.Если подключенный к сети АЗО не реагирует на нажатие кнопки «тест», то либо напряжение сети недопустимо мало, либо аппарат поврежден и его следует заменить, либо неверно собрана схема электроснабжения. Трехфазный (четырехполюсный) АЗО устроен аналогично.
АЗО классифицируютпо следующим признакам.
- По способу технической реализации (принцип действия): АЗО, функционально не зависящие от напряжения питания (электромеханические) и АЗО, функционально зависящие от напряжения питания (электронные).
- По номинальному напряжению. Номинальное напряжение Uн– это действующее значение напряжения, при котором обеспечивается работоспособность АЗО.Uн= 220, 380 В.
- По номинальному току нагрузки. Номинальный ток нагрузки Iн– это действующее значение тока, который АЗО может пропускать в продолжительном режиме работы.Iн= 6, 10, 16, 25, 40, 63 А.
- По количеству полюсов: двухполюсные (однофазные); четырехполюсные (трехфазные).
- По номинальному отключающему дифференциальному току (ток уставки). Номинальный отключающий дифференциальный ток In – это значение дифференциального тока, который вызывает отключение АЗО. In= 6, 10, 30, 100, 300, 500 mА.
- По роду дифференциального тока: переменного тока (АС); переменного и пульсирующего тока (А).
- По конструктивному исполнению:
- стационарные (встраиваемые во вводные и распределительные щиты);
- мобильные (АЗО-розетка, АЗО-вилка).
- По времени отключения:
- без выдержки времени;
- с выдержкой времени (селективные).
- 300мА для обеспечения пожаробезопасности;
- 30мА в групповых сетях;
- 10мА в сетях электропитания ванных и душевых.
2. Назначение и основные элементы дифференциально-минимальных реле.
В настоящее время на л.а. используются дифферециально-минимальные реле /сокращенно ДМР/ различных типов, например ДМР-200Д, ДМР-400Т, ДМР-600Т и др. Дифференциальными реле называют потому, что они реагируют на разность напряжения генератора и сети, а минимальными потому, что они кроме того реагируют на определенную величину обратного тока. Цифра после буквенного обозначения указывает на величину тока контактной системы контактора ДМР,
Дифференциально-минимальные реле служат для:
— включения генератора в бортсеть, когда его напряжение превысит напряжение бортсети на определенную величину/0.1-1В;
— предотвращения включения генератора с перепутанной полярностью;
— отключения генератора при обратных токах определенной величины/15-50А;
— отключение генератора при обрыве провода от кл. “+” генератора до кл. “Ген” ДМР;
— сигнализация отключения генератора.
ДМР любого типа состоит из ряда самостоятельных элементов, смонтированных на общей панели и объединенных общей электрической схемой.
Основные элементы ДМР рассмотрим на примере наиболее распространенного ДМР-400Т.
Принципиальная схема состоит из пяти реле и контактора.
— Дифференциальное /командное/ реле Р3.
Магнитная система состоит из 2-х стальных плит 1, соединенных тремя постоянными магнитами 2. Полюсные наконечники 7 обращены одноименными полюсами в одну сторону. Таким образом, магнитная система реле представляет собой как бы один постоянный магнит с четырьмя полюсами, верхние из которых являются южными, а нижние — северными.
Между ними расположен якорь 6, выполненный в виде узкой стальной пластины. Реле имеет две неподвижные обмотки:
а) последовательную /токовую/ Wi, состоящий из одного витка шинной меди;
б) дифференциальную /шунтовую/ Wg в виде катушки.
Через эти обмотки проходит якорь, который может поворачиваться на некоторый угол вокруг оси. Угол поворота ограничивается винтами — упорным 5 и контактным 4. Последний может быть замкнут с контактом, расположенным на якоре.
Так как в реле отсутствует противодействующая пружина, то при обесточенных обмотках якорь может находится в любом крайнем положении.
При прохождении по обмоткам Wi, Wg тока положение якоря определяется величиной и направлением магнитного потока Фэм, создаваемого обмотками, поскольку величина и направление магнитного потока постоянных магнитов Фм остается неизменной.
Если ток по Wi протекает в направлении от генератора в борт сеть, то контакты дифференциального реле удерживаются в замкнутом состоянии, а при изменении направления тока контакты реле Р3 размыкаются при Iобр=15-35 А.
Очевидно, что при изменении направлении тока в обмотке Wi произойдет и изменения направления тока в обмотке Wg, так как напряжение Uс > Uг и при Uс -Uг =0.2-1 В произойдет размыкание контактов реле Р3.
— Реле Р2 служит для защиты обмотки Wg командного реле от перегрева. Оно имеет одну пару размыкающих контактов, которые включены в цепи обмотки Wg реле Р3. Обмотка реле Р2 включена на разность напряжений сети и генератора. Напряжение включения /срабатывания/ реле Р2 составляет 12-16 В, а отпускания 3-5 В. Когда реле Р2 включено, цепь обмотки Wg реле Р3 разомкнута.
— Реле P1 имеет две пары контактов. Его обмотка включена на напряжение генератора. Если напряжение генератора достигнет величины напряжения срабатывания P1, то оно сработает и контактом 1P1 подключит обмотку защитного реле, и через эти же контакты и н.з. контакты Р2 обмотку Wg реле Р3 на разность напряжения генератора и сети.
Контактами 2P1 реле P1 подготовит цепь питания обмотки контактора К. Реле P4 и P5 включаются после срабатывания контактора К. Реле Р4 включает последовательно в цепь обмотки контактора резистор R для уменьшения тока, а следовательно и нагрева обмотки.
— Реле P5 выдает сигнал о состоянии ДМР и называется сигнальным.
— Контактор К является исполнительным элементом ДМР.
Дифференциальное реле.
д иффавтомат — все это одно и тоже конструктивное устройство.
Дифференциальное реле или УЗО предназначено для обеспечения
защиты человека от поражения электрическим током при прямом
прикосновении к одной из токоведущих частей (оголенный провод,
корпус электрического аппарата попавшего под напряжения и т.д.)- и
способно защитить от возгораний и пожаров, возникающих на
объектах вследствие возможных повреждений изоляции, неисправностей
электропроводки и электрооборудования. УЗО устройство защитного отключения
(диффреле) определяет возникший в проводке дисбаланс тока вследствие возникновения
тока утечки и отключает в течении 10-20 мсек (механическая инерция аппарата) подачу
Устройство защитного отключения (УЗО) отслеживает утечку тока из цепи (тело
человека выступает в роли проводника) и обеспечивает автоматическое отключение
электропитания аварийного участка электроснабжения за время, не превышающее 20мсек
(+40. -60%) с момента возникновения утечки.
Выпускаются дифференциальные реле двух типов: АС и А. Тип АС реагирует на утечку
переменных (синусоидальных) токов. Но в электрических цепях, питающих
оборудование, в составе которого имеются выпрямители или управляемые тиристоры,
при пробое изоляции возможна утечка не только переменного, но и постоянного
(пульсирующего) тока. УЗО типа АС на это не реагирует. Дифференциальное реле типа А
предназначено для таких случаев. В инструкциях п» эксплуатации на некоторые бытовые
приборы, например, стиральные машины и холодильники, можно встретить указание о
необходимости установки именно этого типа реле.
Дифференциальный автомат — название, возникшее в обиходе (дифавтомат) присвоено устройству защитного отключения со встроенной защитой от сверхтоков (токов короткого замыкания и токов перегрузки). Он срабатывает в обоих случаях — как при утечке тока на землю, так и при коротких замыканиях или перегрузке.
Дифференциальное реле проводит сравнительный векторный анализ тока фаза — ноль. Если векторная сумма не равна нулю, подается сигнал на механизм отключения устройства.
Дифференциальное реле всегда должно использоваться с автоматическим выключателем для защиты от короткого замыкания или токов перегрузки. Дифференциальное реле по номинальному току должно быть больше, чем автоматический выключатель на этой линии. Например, если автомат 40 ампер, то УЗО выбирается 63А. Таким образом, номинальный ток УЗО, не означает, что оно отключится при 40А, а значит, что при 60А оно перегорит.
Второй вариант (дифференциального реле):
Устройство защитного отключения — дифференциальное реле
В общем, дифференциальное реле — это аппарат, который контролирует ток и в фазном и в нулевом проводнике. При нормальных условиях, ток в фазном и нулевом проводниках должен быть одинаковым. Если ток фазного проводника отличается от тока в нулевом проводнике, дифференциальное реле тут же, за мгновение разорвет цепь. Для чего это делается? Дело в том, что разница токов в проводниках возникает при ненормальной ситуации. Если ток в этих проводниках отличается, это значит, что часть тока куда-то утекает. Эта часть называется током утечки. Утечка тока возникает, если изоляция проводников нарушена, или произошел несанкционированный контакт с токоведущими частями проводника, а значит, становится возможным поражение человека электрическим током.
Опасным для жизни принято считать ток, больший, чем 30 мА. Поэтому, дифференциальные реле размыкает цепь, если ток утечки достигает величины 30 мА. Но такое дифференциальное реле защищает от поражения электрическим током при косвенном прикосновении. Дифференциальное реле с номинальным током утечки 10 мА защищает от поражения электрическим током и при косвенном прикосновении и при прямом непреднамеренном прикосновении к токоведущим частям. Эти реле, с номинальными токами утечки 10 и 30 мА применяются в групповых электрических сетях. Такие реле, не смотря на их немалую стоимость, не стоит ставить одно для защиты всей квартиры, т.к. при утечке в одной из групп будет отключаться вся квартира, а это не очень удобно. Кроме того, будет не понятно, где происходит утечка. Поэтому такие реле нужно ставить на каждую из групп. Для защиты всей электроустановки промышленностью выпускаются реле с номинальным током утечки 300 мА. Такие реле, как правило, четырех контактные и предназначенные для применения в трехфазных электрических сетях.
Таким образом, дифференциальные реле применяются исключительно для защиты от поражения электрическим током.
Аппараты распределительных устройств
Дифференциальное реле
Одним из наиболее распространенных и успешных способов защиты цепи является организация реле для сравнения входных и выходных токов, которые должны быть одинаковыми при нормальных условиях и во время внешней неисправности. Любой разностный ток должен входить в неисправность в защищенной цепи.
Принцип защиты от токов утечки (MERZ-PRIZE)
На рисунке ниже показан принцип дифференциальной защиты генератора и трансформатора, X — обмотка защищенной машины. При отсутствии внутренней неисправности ток, входящий в X, равен по фазе и величине по току, выходящему из X. У КТ такое отношение, что при нормальных условиях или для внешних неисправностей (через ошибки) вторичный ток КТ равен. Эти токи говорят, что I1 и I2 циркулируют в пилотном проводе. Соединения полярности такие, что ток I1 и I2 находятся в одном и том же направлении пилотного провода в нормальном состоянии или внешних неисправностях. Катушка управления реле соединена в середине проводов. Релейный блок имеет сверхточный тип.
Во время нормального состояния и внешней неисправности система защиты сбалансирована, а отношения КТ таковы, что вторичные токи равны. Эти токи циркулируют в пилотных проводах. Векторный дифференциальный ток I1-I2, который протекает через катушку реле, равен нулю. I1-I2 = 0 (нормальное состояние или внешние неисправности). Этот баланс нарушен для внутренних неисправностей. Когда в защищенной зоне возникает сбой, ток, входящий в защищенную обмотку, не больше, чем выход из обмотки. Дифференциал I1-I2 проходит через рабочую катушку реле, и реле сработает, если рабочий крутящий момент больше, чем ограничивающий момент. Токи I1 и I2 циркулируют во вторичной цепи. Следовательно, CT не повреждается. Полярности КТ должны быть правильными,
Баланс тока дифференциальной защиты
• Когда эта система применяется к электрооборудованию (обмотки статора генератора, трансформатор, шины и т. д.), Он называется дифференциальной
защитой тока.
• Когда она применяется к линиям и кабелям, она называется дифференциальной защитой пилота, потому что для передачи тока с удаленного конца линии необходимы пилотные провода или эквивалентная связь или канал.
• Способы балансировочного тока широко используются для защиты оборудования, когда трансформаторы тока находятся в одной и той же области подстанции, а соединительные провода между трансформаторами тока являются короткими (например, обмотки статора генератора, трансформатор, шинные шины и т. д.),
• Метод баланса с циркулирующим током также называют продольной дифференциальной защитой или системой дифференциальной защиты Merz-Price.
• Ток в дифференциальном реле будет пропорционален разности фаз между токами, которые входят и выходят из защищенной цепи. Если ток через реле превышает значение срабатывания, то реле будет работать.
Недостатки дифференциального реле:
· Непревзойденные характеристики ТТ :
Несмотря на то, что насыщение исключено, существуют различия в характеристиках КТ из-за ошибки отношения при высоких значениях токов короткого замыкания. Это вызывает заметную разницу во вторичных токах, которые могут управлять реле. Таким образом, реле работает через внешние неисправности.
Эта трудность преодолевается с помощью промежуточного дифференциального реле. В этом реле существует разница в токе из-за ошибки отношения и протекает через катушку реле. Но в то же время средний ток (I1 + I2 / 2) протекает через удерживающую катушку, которая создает достаточный удерживающий момент. Следовательно, реле становится недействительным для сквозных неисправностей.
· Изменение отношения из-за изменения отводов:
Чтобы изменить отношения напряжения и тока между высоковольтными и низковольтными сторонами силового трансформатора, используется оборудование для замены крана. Это важная особенность силового трансформатора. Это оборудование эффективно изменяет коэффициент поворота. Это вызывает дисбаланс с обеих сторон. Чтобы компенсировать этот эффект, можно также нарезать резьбу на трансформаторах, которые должны быть изменены аналогично основному силовому трансформатору. Но этот метод нецелесообразен. Процентные дифференциальные реле обеспечивают, чтобы реле обеспечивали стабильность в отношении величины дисбаланса, имеющегося на концах диапазона изменения отвода.
· Разница в длинах пилотных проводов :
Из-за разницы в длинах пилотных проводов с обеих сторон может возникнуть условие дисбаланса. Трудность преодолевается подключением регулируемых резисторов в пилотных проводах с обеих сторон. Они называются балансировочными резисторами. С помощью этих резисторов можно регулировать эквипотенциальные точки на пилотных проводах. В промежуточных дифференциальных реле резисторы предусмотрены на рабочей катушке и удерживающей катушке для достижения точного баланса.
· Намагничивание тока броска :
При включении трансформатора условие первоначально имеет нулевую индукцию. В трансформатор поступает переходный поток тока намагничивания. Этот ток называется намагничивающим пусковым током. Этот ток может достигать 10-кратного тока полной нагрузки трансформатора. Это происходит очень медленно и связано с неправильной работой дифференциальной защиты трансформатора из-за временной разницы в величине первичного и вторичного токов.
Факторы, влияющие на величину и направление намагничивающего пускового тока, могут быть одной из следующих причин.
а. Размер трансформатора.
б. Размер энергосистемы
с. Тип магнитного материала, используемого для сердечника.
д. Количество остаточного потока, имеющегося до включения трансформатора.
е. Метод, с помощью которого трансформатор возбуждается.
Если трансформатор находится под напряжением, когда волна напряжения проходит через нуль, то наводящий ток нагнетает максимум. В этот момент ток и поток должны быть максимальными в высокоиндуктивном контуре. И в полуволновом потоке должно произойти разворот, чтобы достичь максимального значения в других полуциклах. Если существует остаточный поток, требуемый поток может быть в том же или противоположном направлении. Из-за этого намагничивающий ток становится меньше или больше. Если значение больше, он отвечает за насыщение ядра, которое еще больше увеличивает его компонент. Этот ток быстро распадается на первые несколько циклов, а затем медленно замедляется. Постоянная времени L / R схемы является переменной, поскольку индуктивность цепи изменяется из-за изменения проницаемости сердечника. Потери в цепи затухают пусковыми токами. В зависимости от размера трансформатора, постоянная времени пускового тока изменяется от 0,2 с до 1 с. Сигналы намагничивания пускового тока в трех фазах показаны на рисунке ниже.