Дифференциального тока. Дифференциальные токи в электрических цепях: виды, особенности, защита

Что такое дифференциальный ток в электрической цепи. Какие бывают виды дифференциальных токов. Как устройства защитного отключения определяют дифференциальные токи. Чем опасны дифференциальные токи и как от них защититься.

Что такое дифференциальный ток в электрической цепи

Дифференциальный ток — это векторная сумма токов, протекающих через главную цепь устройства защитного отключения (УЗО) или автоматического выключателя дифференциального тока (АВДТ). В нормальном режиме работы электроустановки дифференциальный ток близок к нулю. При возникновении утечки тока на землю или через тело человека появляется ненулевой дифференциальный ток, который вызывает срабатывание защитного устройства.

Основные виды дифференциальных токов

Выделяют два основных вида дифференциальных токов:

• Синусоидальный дифференциальный ток переменной частоты (обычно 50 Гц)
• Пульсирующий постоянный дифференциальный ток

Синусоидальный ток возникает в цепях без выпрямителей и регуляторов мощности. Пульсирующий постоянный ток может появляться при использовании выпрямителей, светорегуляторов, частотных преобразователей.

Как устройства защитного отключения определяют дифференциальные токи

Принцип работы УЗО и АВДТ основан на измерении дифференциального тока с помощью дифференциального трансформатора. Через окно трансформатора проходят все токоведущие проводники защищаемой цепи. В нормальном режиме векторная сумма токов равна нулю. При появлении тока утечки возникает магнитный поток в сердечнике трансформатора, который наводит ЭДС во вторичной обмотке. Это вызывает срабатывание расцепителя и отключение цепи.

Почему возникают дифференциальные токи

Основные причины появления дифференциальных токов:

• Повреждение изоляции и утечка тока на землю
• Прикосновение человека к токоведущим частям
• Токи утечки через емкость изоляции кабелей
• Несимметрия нагрузки в трехфазных системах

В нормальном режиме всегда присутствует небольшой фоновый дифференциальный ток из-за естественных утечек.

Чем опасны дифференциальные токи

Сам по себе дифференциальный ток не представляет опасности, так как это расчетная величина. Опасность представляют причины, вызывающие его появление:

• Поражение человека электрическим током при прикосновении к токоведущим частям
• Возгорание при повреждении изоляции и утечке тока на землю
• Повреждение электрооборудования при длительном протекании тока утечки

Поэтому быстрое отключение при появлении дифференциального тока позволяет предотвратить эти опасные ситуации.

Защита от дифференциальных токов

Основные способы защиты от дифференциальных токов:

• Применение УЗО и АВДТ с номинальным отключающим дифференциальным током 10-30 мА для защиты людей
• Использование УЗО и АВДТ с током 100-300 мА для защиты от возгораний
• Регулярная проверка сопротивления изоляции электропроводки
• Применение двойной изоляции электроприборов
• Заземление открытых проводящих частей электрооборудования

Правильный выбор и установка защитных устройств позволяет обеспечить высокий уровень электробезопасности.

Особенности применения УЗО и АВДТ

При выборе и установке устройств защитного отключения необходимо учитывать следующие особенности:

• УЗО реагирует только на дифференциальный ток и не защищает от перегрузки и короткого замыкания
• АВДТ совмещает функции УЗО и автоматического выключателя
• Необходимо учитывать тип дифференциального тока (AC, A, B) при выборе устройства
• Ложные срабатывания возможны при больших токах утечки в нормальном режиме
• Рекомендуется каскадное включение УЗО с разными уставками для селективного отключения

Правильный выбор характеристик и грамотный монтаж позволяют обеспечить надежную защиту.

Нормативные требования по применению защиты от дифференциальных токов

Основные требования по защите от дифференциальных токов содержатся в следующих нормативных документах:

• ПУЭ 7-е издание — общие требования по применению УЗО
• ГОСТ Р 50571.3-2009 — защита от поражения электрическим током
• ГОСТ IEC 61008-1-2020 — технические требования к УЗО бытового назначения
• ГОСТ IEC 61009-1-2020 — технические требования к АВДТ бытового назначения

Соблюдение этих требований обязательно при проектировании, монтаже и эксплуатации электроустановок зданий.

Разница между ВДТ (УЗО) и АВДТ (Дифференциальным автоматом)

Как же все-таки отличить УЗО от дифавтомата? В чем разница?  На самом деле эти приборы предназначены для решения разных задач, и поэтому знать, чем они отличаются и какую функцию выполняют, нужно знать даже обычному жильцу – хотя бы в общих чертах. Часто путают УЗО с дифференциальным автоматическим выключателем. 

Если положить рядом УЗО и дифавтомат, их схожесть будет сразу заметна. Но они выполняют совершенно разные задачи. Вспомним, какие функции выполняет УЗО и дифференциальный автомат.

Устройство защитного отключения срабатывает (УЗО), если в сети, к которой оно подключено, появляется дифференциальный ток — ток  утечки. При возникновении тока утечки пострадать в первую очередь может человек, если прикоснется к поврежденному оборудованию. Кроме того, при появлении тока утечки в электропроводке, изоляция будет греться, что может привести к возгоранию и пожару.

Поэтому УЗО устанавливают для защиты от поражения электрическим током, а также от повреждений электропроводки в виде утечек которые сопровождаются с пожаром.

Дифференциальный автомат — это уникальное устройство, совмещающее в себе и автоматический выключатель (более понятный для населения как «автомат»), и ранее рассмотренное УЗО. Т.е. дифференциальный автомат способен защитить вашу проводку и от коротких замыканий, и от перегрузок, а также от возникновения утечек, связанных с ранее описанными ситуациями.

Визуальное отличие

Определить, какое устройство перед вами – УЗО или же диф. автомат – довольно легко даже визуально. Несмотря на внешнее сходство (рычажок переключателя, наличие кнопки «Тест», одинаковая корпусная часть с нанесенной на ней схемой, а также цифрами и буквами), достаточно внимательно приглядеться, чтобы увидеть, что обозначения на этих приборах разные. А ещё проще определить, УЗО или дифавтомат перед вами, по расположению кнопки «Тест» и переключателя. У АВДТ рычажок расположен слева, кнопка – справа, а вот у УЗО – наоборот.

Различие по маркировке

На поверхности УЗО номинальный ток обозначается исключительно цифрами. Латинский литер (B, C, D) перед ними – это неотъемлемый признак АВДТ. На корпусной части УЗО стоит маркировка «25А». Она означает, что номинальный ток в цепи, в которую включен этот аппарат, не должен превышать 25А. На АВДТ проставлена маркировка «С16». Буквой обозначается характеристика встроенных расцепителей.

 

Различие в электрической схеме

Схема наносится на многие устройства. При взгляде на УЗО или на диф. автомат можно заметить, что нанесенные на них схемы похожи, но не идентичны. На схеме ВД имеется овал – этим символом обозначен дифференциальный трансформатор, являющийся основной частью прибора. Он отвечает за обнаружение тока утечки. К отличительным символам на схеме АВДТ относятся обозначения расцепителей – электромагнитного соленоида и биметаллической пластины, которые обеспечивают срабатывание автомата при появлении в цепи токов КЗ или перегрузок.

Различие в аббревиатуре

На таких устройствах как правило по русски написано что это УЗО (ВД) или дифавтомат АВДТ. Устройство защитного отключения (УЗО) сейчас правильно называются выключатели дифференциальные (ВД). Дифференциальный автомат — он же автоматический выключатель дифференциального тока (АВДТ).

По ценовым параметрам УЗО и дифавтоматы отличаются. Особенно это касается импортной продукции. Нормальный дифавтомат стоит чуть дешевле, чем УЗО в комплекте с обычным автоматом.

Положительным аспектом АВДТ является удобство монтажа: для электрика важно закрутить в тесном монтажном боксе на пару винтов меньше. С другой стороны это повышает надежность цепи: чем меньше соединений тем лучше. Но если устройство сломается, то подлежит полной замене.

В случае применения УЗО в паре с автоматом, процесс ремонта выглядит дешевле: меняется либо один элемент, либо другой. Это необходимо учитывать при проектировании ваших сетей, учитывая риск тех или иных негативных событий и их возможную частоту.

Качество импортных устройств выше. Отечественные тоже достаточно неплохи, но проигрывают в таких важных характеристиках как время срабатывания, уступают в надежности механических частей, элементарно уступают в качестве корпусов.

Что касается надежности срабатывания эти два устройства ничем не уступают друг другу.

 

Поделиться записью

Дифференциальные токи электрической цепи | ehto.ru

Что такое дифференциальные токи электрической цепи

Чтобы понять, что такое дифференциальный ток, ответим на другой вопрос, почему нас не бьет электрическим током. Ответ кажется простым, потому что, все жилы проводов покрытии изолирующими материалами. Этот так, но если вы встанете на изолирующий коврик и коснетесь токоведущей жилы, вас ударит током? Нет, не ударит. Почему? Потому, что коврик не дает замкнуться электрической цепи от токопроводящей жилы, через вас в землю.

Дифференциальный ток, это не физический процесс, а значение векторной суммы токов в цепи в среднеквадратичном значении. Часто, дифференциальный ток называют током повреждения. Физический процесс, который приводит к появлению дифференциального тока в цепи, называют утечкой тока.

При появлении тока утечки, дифференциальный ток может не появляться. Например, по каким либо причинам, появился ток утечки на металлический корпус стиральной машины, но корпус машины не заземлен и электрически изолирован, значит, дифференциального тока в цепи нет. Человек, касается корпуса стиральной машины и своим телом замыкает электрическую цепь, по которой и потечет дифференциальный ток, являющийся проявлением тока утечки. Если бы корпус стиральной машины был изначально заземлен, то сразу после появления тока утечки, появился дифференциальный ток, через корпус на землю, а УЗО отключило цепь от электропитания.

В чем разница между током утечки и дифференциальным током

Фактической разницы между током утечки и дифференциальным током электрической цепи нет. Дело в применении определений и понятий. Понятие ток утечки, относится к названию тока, который стекает с токоведущих частей цепи (жилы проводов, шины) на токопроводящие элементы цепи (металлические корпуса, трубы). Причем, в отличие от тока короткого замыкания, утечка тока происходит без явного повреждения цепи. Понятие дифференциальный ток, относится к физическим величинам и определяет действующее значение векторной суммы токов в цепи, где установлено УЗО (ВТД).

УЗО и ВДТ это разные аббревиатуры одного и того же устройства. УЗО – устройство защитного отключения (по МЭК RSD), ВДТ – выключатель дифференциального тока (по ГОСТ Р. 51326.1).

Появление тока утечки в цепи, не означает безусловное появление дифференциального тока. Для его появления, нужно замкнуть цепь корпуса на землю.

Стоит отметить, что часто на практике, дифференциальный ток называют током утечки, а ток утечки называют дифференциальным током.

Вывод

Появление в цепи токов утечки выражается в появлении дифференциальных токов повреждения цепи. Математически дифференциальные токи электрической цепи это разница (векторная) между токами от источника тока (выходной ток), и токами после приемника (обратный ток).

дифференциальные токи электрической цепи

Что такое отключающий дифференциальный ток

Отключающий дифференциальный ток, он же ток срабатывания, это значение дифференциального тока повреждения приводящего отключение УЗО (ВДТ).

Что такое неотключающий дифференциальный ток

Неотключающий дифференциальный ток, он же ток не срабатывания, значение дифференциального тока, допустимое в данной цепи и не приводящее к отключению УЗО (ВДТ).

На самом деле в цепях, где есть импульсные устройства, выпрямители, цифровые дискретные устройства регулирующие мощность, а это все современные бытовые приборы, есть фоновое значение дифференциальных токов (импульсных). Импульсные дифференциальные токи нельзя относить к токам повреждения, это рабочий фон. Именно поэтому все устройства защитного отключения имеют определенное значение тока срабатывания, ниже которого устройство срабатывать не будет.

©ehto.ru

Другие статьи раздела

Как отличить дифференциальный автомат от УЗО

Устройство защитного отключения электричества, или УЗО — это дифференциальный выключатель. Дифференциальный автомат или дифавтомат — это полностью автоматический выключатель дифференциального тока.

Главное отличие между ними — это различная функциональность, то есть они служат для разных целей.

УЗО предназначено для защиты человека от воздействия электрического тока (прямо или косвенно), дополнительно выполняя роль следящего устройства, которое при возникновении неполадок в проводке отключает ее полностью. Устройство защитного отключения не может защитить электрооборудование и электропроводку от перегрузок и коротких замыканий — для этого перед ним должен быть установлен автоматический выключатель (автомат).

Дифференциальный автомат сочетает в себе функции и автоматического выключателя, и УЗО. Он способен защитить человека от поражения током, отключить электричество в случае утечек и иных повреждений и защитить проводку и подключенное оборудование от коротких замыканий и перегрузов. Проще говоря, устройство состоит из двух приборов — УЗО и автомат.

Как можно отличить дифавтомат и УЗО?

1) Первый и самый простой способ — прочитать название устройства на корпусе.
Либо там будет написано «выключатель дифференциальный» (это УЗО), либо «автоматический выключатель дифференциального тока (АВДТ)» (это дифавтомат).

2) Второй способ — обратить внимание на маркировку прибора.
Если перед величиной номинального тока стоит какая-либо буква (обычно B, C или D), то перед вами АВДТ, если же указано только значение тока — это дифференциальный выключатель.

3) В-третьих, если вы посмотрите на схему, изображенную на самом устройстве, и увидите на ней, помимо трансформатора, обмотки расцепителей, то это дифференциальный автомат. В противном случае — это УЗО.

4) Последний способ — оценить визуально размеры прибора.
Некоторое время назад дифавтоматы были большего размера, нежели устройства защитного отключения, из-за того, что внутри корпуса нужно было размещать большее количество элементов. Сегодня, с развитием технологий, произошло обратное: габариты дифференциального автомата стали немного меньше, чем у обычных УЗО.

Надеемся, что эта информация пригодится многим из вас.

Автоматические выключатели дифференциального тока Энергия АВДТ 32

Характеристики:

Название модели Дифференциальный автомат АВДТ-32 1P+N 16А (С) 30мА (AC) 6кА ЭНЕРГИЯ

Артикул Е0302-0006

Номинальное напряжение AC, В 230

Частота, Гц 50 (60)

Характеристики отключения (кривая тока) С

Номин. отключающий дифференциальный ток, mA 30

Номин. условный ток короткого замыкания, кА 6

Рабочая характеристика при наличии дифференциального тока AC

Номинальный ток, А 16

Число полюсов 1P+N

Ввод кабеля сечением, мм² 1 – 16

Износостойкость механическая, не менее 10⁵ циклов В-О

Износостойкость электрическая, не менее 6000 циклов В-О

Степень защиты, IP 20

Рабочая температура, °С от –25 до +50

Минимальная партия, шт. 1

Дифференциальный ток — это… (определение, особенности, виды)

Дифференциальный ток ( I_Δ ) [residual current] (для устройства дифференциального тока) — это среднеквадратическое значение векторной суммы токов, протекающих через главную цепь устройства дифференциального тока [пункт 20.6, 1].

Примечание — Поскольку через главную цепь любого устройства дифференциального тока проходит не менее двух проводников, в главной цепи УДТ протекает не менее двух электрических токов.

Дифференциальный ток ( I_Δ ) [residual current] (для электрической цепи) — это алгебраическая сумма значений электрических токов во всех проводниках, находящихся под напряжением, в одно и то же время в данной точке электрической цепи в электрической установке [пункт 20.7, 1].

Примечание [пункт 20.7 , 1] — Определение термина «дифференциальный ток» в МЭС 826-11-19 сформулировано для электрической цепи. Через главную цепь устройства дифференциального тока, защищающего электрическую цепь, проходят все ее проводники, находящиеся под напряжением. Поэтому дифференциальный ток электрической цепи равен дифференциальному току, определяемому устройством дифференциального тока.

Вышеприведенное примечание из пункта 20.7 ГОСТ 30331.1-2013 [1] очень грамотно, на мой взгляд, прокомментировал Харечко Ю.В. в своей книге [2]:

« Это примечание устанавливает эквивалентность между дифференциальными токами для УДТ и защищаемой им электрической цепи. Продекларированное равенство дифференциальных токов возможно только в тех электрических цепях переменного тока, в состав которых входят фазные и нейтральный проводники. Однако, учитывая запрет на применение PEN-проводников в электроустановках жилых и общественных зданий, торговых предприятий и медицинских учреждений, указанная эквивалентность будет распространяться на большинство вновь монтируемых и реконструируемых электроустановок зданий. Поскольку подавляющая часть электрических цепей в существующих электроустановках зданий выполнена проводниками, имеющими сечение меньше минимально допустимого сечения PEN-проводника – 10 мм² для медного и 16 мм² для алюминиевого, эти электрические цепи состоят только из фазных и нейтральных проводников. »

[2]

Дифференциальный ток не является электрическим током. Поэтому он не может представлять никакой опасности для человека.

Особенности для электрических цепей.

Далее Харечко Ю.В. рассказывает на примерах, чему равен дифференциальных ток:

1. « В трехфазной четырехпроводной электрической цепи, состоящей из трехфазных проводников и нейтрального проводника, алгебраическая сумма электрических токов в указанных четырех проводниках, находящихся под напряжением, будет равна току защитного проводника (току утечки).
2. В трехфазной четырехпроводной электрической цепи, состоящей из трех фазных проводников и PEN-проводника, алгебраическая сумма электрических токов в трех проводниках, находящихся под напряжением, то есть фазных проводниках, будет равна току, протекающему в PEN-проводнике.
3. Электрический ток в PEN-проводнике, как правило, равен сумме токов в нейтральном и защитном проводниках. Причем ток в нейтральном проводнике на несколько порядков больше тока защитного проводника.
4. В условиях единичного повреждения, когда произошло замыкание на землю, представляющее собой замыкание фазного проводника на защитный проводник в первой электрической системе или на PEN-проводник во второй, алгебраическая сумма электрических токов равна току замыкания на землю.
5. При нормальных условиях в однофазной двухпроводной электрической цепи, состоящей из фазного и нейтрального проводников, алгебраическая сумма электрических токов в двух проводниках, находящихся под напряжением, также будет равна току защитного проводника. Если однофазную двухпроводную электрическую цепь выполнить фазным проводником и PEN проводником, то для нее нельзя будет определить дифференциальный ток, поскольку имеется только один проводник, находящийся под напряжением. »

Особенности для устройства дифференциального тока.

Обратимся к книге [2], в которой её автор Харечко Ю.В. определил основной фактор воздействующий на УДТ следующим образом:

« Основным фактором, воздействующим на устройство дифференциального тока и инициирующим его оперирование, является дифференциальный ток, который определен в нормативной документации как действующее значение векторной суммы токов, протекающих в главной цепи УДТ. Для определения дифференциального тока УДТ оснащено дифференциальным трансформатором, принцип действия которого проиллюстрирован на рис. 1. »

[2]

Рис. 1. Функционирование дифференциального трансформатора устройства дифференциального тока (рисунок на базе рисунка 1 из [5])

Дифференциальный трансформатор двухполюсного устройства дифференциального тока имеет две первичные обмотки, выполненные двумя проводниками главной цепи УДТ, и одну вторичную обмотку, к которой подключен расцепитель дифференциального тока.

« Под расцепителем дифференциального тока понимают расцепитель, вызывающий срабатывание УДТ с выдержкой времени или без нее, когда дифференциальный ток превышает заданное значение. »

[2]

Рассмотрим нормальные условия оперирования электрической цепи, когда отсутствуют какие-либо повреждения основной изоляции опасных частей, находящихся под напряжением. Через главную цепь УДТ не протекает ток замыкания на землю, поскольку в электрической цепи нет замыкания на землю.

В обоих проводниках главной цепи устройства дифференциального тока протекают электрические токи, равные по своему абсолютному значению току нагрузки I_н (смотрите примечание 1 ниже). То есть электрические токи I₁ и I₂, протекающие в первичных обмотках дифференциального трансформатора, равны между собой по абсолютному значению:

│I₁│ = │I₂│.

« Примечание 1. При отсутствии тока утечки. Если в электрической цепи протекает ток утечки, электрические токи, протекающие в фазном и нейтральном проводниках главной цепи УДТ, отличаются друг от друга приблизительно на величину тока утечки. »

[2]

Поскольку электрические токи, протекающие в главной цепи УДТ, направлены навстречу друг другу, их векторная сумма равна нулю.

Магнитные потоки Ф₁ и Ф₂, создаваемые электрическими токами I₁ и I₂ в сердечнике дифференциального трансформатора, также направлены навстречу друг другу и равны между собой по абсолютному значению. Поскольку указанные магнитные потоки взаимно компенсируют друг друга, суммарный магнитный поток в сердечнике дифференциального трансформатора равен нулю.

Следовательно, абсолютная величина электрического тока, который может протекать в электрической цепи, подключенной к вторичной обмотке дифференциального трансформатора, также будет равна нулю:

│I_р│ = 0.

Поэтому в нормальных условиях расцепитель дифференциального тока не может инициировать срабатывание УДТ, которое, в свою очередь, не отключает присоединенные к нему внешние электрические цепи.

Рассмотрим оперирование электрической цепи в условиях повреждения основной изоляции опасной части, находящейся под напряжением и ее замыкания на землю, когда через главную цепь УДТ протекает ток замыкания на землю.

В условиях повреждения по одному из проводников главной цепи УДТ помимо тока нагрузки I_н протекает ток замыкания на землю I_EF. Поэтому абсолютное значение электрического тока, протекающего в одной из первичных обмоток дифференциального трансформатора, превышает абсолютное значение электрического тока, который протекает в другой его первичной обмотке:

│I₁│ > │I₂│.

Следовательно, векторная сумма электрических токов, протекающих в главной цепи УДТ, будет отлична от нуля.

Магнитные потоки Ф₁ и Ф₂ в сердечнике дифференциального трансформатора, прямо пропорциональные электрическим токам I₁ и I₂, не равны между собой по абсолютному значению. Они не могут компенсировать друг друга. Поэтому суммарный магнитный поток в сердечнике дифференциального трансформатора отличен от нуля.

Следовательно, абсолютная величина электрического тока, который протекает в электрической цепи, подключенной к вторичной обмотке дифференциального трансформатора, также не равна нулю:

│I_р│ > 0.

Поэтому в указанных условиях расцепитель дифференциального тока сработает под воздействием электрического тока I_р, побуждая устройство дифференциального тока разомкнуть свои главные контакты и отключить присоединенные к нему внешние электрические цепи.

Харечко Ю.В. подчеркивает особенности функционирования трехполюсных и четырехполюсных УДТ [2]:

« В трехфазных трехпроводных электрических цепях применяют трехполюсные устройства дифференциального тока, а в трехфазных четырехпроводных электрических цепях – четырехполюсные УДТ, которые оснащены дифференциальными трансформаторами, имеющими соответственно три и четыре первичные обмотки. Эти дифференциальные трансформаторы функционируют так же, как и дифференциальный трансформатор двухполюсного УДТ. Векторные суммы электрических токов, протекающих в главных цепях УДТ, они определяют с учетом запаздывания и опережения по фазе электрических токов в проводниках разных фаз, подключенных к УДТ. »

[2]

Таким образом, посредством определения дифференциального тока выполняют обнаружение и оценку тока замыкания на землю, например, через тело человека, прикоснувшегося к фазному проводнику. От токов замыкания на землю защищают и людей, и электроустановки зданий.

При замыкании на землю какой-либо токоведущей части дифференциальный ток практически равен току замыкания на землю. В нормальных условиях дифференциальный ток приблизительно равен току утечки, протекающему в электрической цепи.

Виды дифференциальных токов

Все многообразие дифференциальных токов, которые могут возникнуть в главной цепи устройства дифференциального тока бытового назначения, в стандартах ГОСТ IEC 61008-1-2020 [3] и ГОСТ IEC 61009-1-2020 [4] сведено к следующим двум видам: синусоидальному дифференциальному току и пульсирующему постоянному дифференциальному току.

Харечко Ю.В. в своей книге [2], на мой взгляд, максимально простым языком расписал особенности этих 2 видов дифференциального тока. Приведу основные цитаты:

« Синусоидальный дифференциальный ток имеет место в тех случаях, когда в электрических цепях переменного тока, которые подключены к устройству дифференциального тока, не применяют выпрямители, светорегуляторы, регулируемые электроприводы и аналогичные им устройства, существенно изменяющие форму синусоидального тока. Ток утечки и ток замыкания на землю в таких электрических цепях имеют форму, близкую к синусоиде. Такую же синусоидальную форму имеет и дифференциальный ток (рис. 2).

Рис. 2. Синусоидальный ток частотой 50 Гц (на основе рисунка 2 из [2] автора Харечко Ю.В.)

При использовании в электроустановках зданий выпрямителей, светорегуляторов, регулируемых электроприводов и аналогичных им устройств форма синусоидального тока в электрических цепях может существенно изменяться.

Если в каком-то электроприемнике в качестве дискретного регулятора потребляемой им мощности использован диод, в случае повреждения основной изоляции токоведущей части, подключенной после диода, может возникнуть ток замыкания на землю, который будет протекать только в течение половины периода (180° или 10 мс). Такой электрический ток в стандартах ГОСТ IEC 61008-1-2020 и ГОСТ IEC 61009-1-2020 назван пульсирующим постоянным током. Протекание пульсирующего постоянного тока в главной цепи устройства дифференциального тока существенно изменяет его характеристики по сравнению с синусоидальным током.

В электроустановках жилых зданий применяют большое число электроприемников, имеющих встроенные выпрямители. Все они характеризуются небольшими постоянными токами утечки, которые могут создавать суммарный (фоновый) постоянный ток утечки, протекающий через главную цепь устройства дифференциального тока. Протекание даже малого постоянного тока через первичную обмотку дифференциального трансформатора УДТ существенно изменяет (ухудшает) его характеристики. Поэтому в стандартах ГОСТ IEC 61008-1-2020 и ГОСТ IEC 61009-1-2020 учтена возможность протекания небольшого постоянного тока через главную цепь устройства дифференциального тока.

Пульсирующий постоянный ток определен в международных и национальных стандартах как волнообразные импульсы электрического тока длительностью (в угловой мере) не менее 150° за один период пульсации, следующие периодически с номинальной частотой и разделенные промежутками времени, в течение которых электрический ток принимает нулевое значение или значение, не превышающее 0,006 А постоянного тока.

Пульсирующий постоянный ток характеризуют также углом задержки тока, под которым понимают промежуток времени в угловой величине, в течение которого устройство фазового управления задерживает момент протекания электрического тока в электрической цепи. На рис. 3 и 4 показан пульсирующий постоянный ток при углах задержки тока α, равных 0°, 90° и 135°.

Рис. 3. Пульсирующий постоянный ток частотой 50 Гц без составляющей постоянного тока (на основе рисунка 3 из [2] автора Харечко Ю.В.)Рис. 4. Пульсирующий постоянный ток частотой 50 Гц с составляющей постоянного тока до 0,006 А включительно ((на основе рисунка 4 из [2] автора Харечко Ю.В.)

Появление в главной цепи устройства дифференциального тока пульсирующего постоянного тока существенно изменяет характеристики УДТ. Устройства дифференциального тока типа АС, которые рассчитаны на работу только при синусоидальном токе, не могут корректно функционировать при появлении пульсирующего постоянного тока. Поэтому в некоторых странах их применение в электроустановках зданий запрещено или существенно ограничено. Устройства дифференциального тока типа АС заменяют более современными УДТ типа A, которые предназначены для применения и при синусоидальном, и при пульсирующем постоянном токе.

В 2016 году был введен в действие ГОСТ IEC 62423-2013, который распространяется на УДТ типа F и типа B бытового назначения. УДТ типа F предназначены для защиты электрических цепей, к которым подключены частотные преобразователи. Они оперируют так же, как УДТ типа A, и дополнительно:

• при сложных дифференциальных токах;
• при пульсирующем постоянном дифференциальном токе, наложенном на сглаженный постоянный ток 0,01 А.

Устройства дифференциального тока типа B оперируют так же, как УДТ типа F, и дополнительно:

• при синусоидальных переменных дифференциальных токах, имеющих частоту до 1000 Гц включительно;
• при пульсирующем постоянном дифференциальном токе, который появляется в двух и более фазах;
• при сглаженных постоянных дифференциальных токах.

Таким образом, самые современные УДТ типа B корректно оперируют в электрических цепях переменного тока при протекании в них токов замыкания на землю различных форм, начиная от синусоидального тока частотой 50 Гц и заканчивая постоянным током. »

Список использованной литературы

1. ГОСТ 30331.1-2013
2. Харечко Ю.В. Краткий терминологический словарь по низковольтным электроустановкам. Часть 3// Приложение к журналу «Библиотека инженера по охране труда». – 2013. – № 4. – 160 c.;
3. ГОСТ IEC 61008-1-2020
4. ГОСТ IEC 61009-1-2020
5. Электрика. – 2010. – № 2.– С. 33–36. Принцип действия устройств дифференциального тока.

Понятие «блок дифференциального тока»: y_kharechko — LiveJournal

Юрий Харечко (y_kharechko) wrote,
2015-08-13 23:07:00 Юрий Харечко
y_kharechko
2015-08-13 23:07:00

Category: В МЭК 60755:2008 термин «блок д. т.» («r. c. unit»), который является сокращённой формой термина «блок дифференциального тока» («residual current unit»), определён следующим образом: устройство, выполняющее одновременно функции обнаружения дифференциального тока и сравнения величины этого тока со значением дифференциального тока оперирования, и содержащее в себе средства управления механизмом расцепления автоматического выключателя, с которым оно предназначено быть собранным или связанным.
Краткий термин «блок д. т.» используется в требованиях МЭК 60755, МЭК 61009-1:2013 и МЭК 60947-2:2013. Термин «блок дифференциального тока» определён в МЭК 61009-1 и МЭК 62640:2015 так же, как в МЭК 60755.
ГОСТ Р МЭК 60755–2012, подготовленный на основе МЭК 60755, назвал рассматриваемый термин иначе, чем первоисточник – «объединенное устройство» и определил его с ошибками: «Устройство, выполняющее одновременно функции обнаружения тока утечки и сравнения величины обнаруженного тока со значением тока срабатывания, и встроенные детали механизма, вызывающие срабатывание автоматического выключателя, специально спроектированные для совместного объединения или сборки».
Во-первых, в процитированном определении термин «дифференциальный ток» неправомерно заменён термином «ток утечки», что грубо исказило область применения этого изделия. Согласно определению оно предназначено устанавливать факт появления тока утечки и реагировать на него. Иными словами, изделие должно срабатывать в нормальных условиях, но не в условиях повреждения, когда существует реальная опасность поражения электрическим током. При этом изделие не должно идентифицировать ток замыкания на землю. Однако последний следует обнаруживать в первую очередь, и отключать электрическую цепь, в которой произошло замыкание на землю.
Во-вторых, вместо частного термина «дифференциальный ток срабатывания», который является характеристикой блока дифференциального тока и устройства дифференциального тока (см http://y-kharechko.livejournal.com/2438.html), применён общий термин «ток срабатывания», который, в том числе, характеризует функционирование автоматического выключателя, отключающего, например, ток короткого замыкания между фазным и нейтральным проводниками. В соответствии со своим принципом действия (см. http://y-kharechko.livejournal.com/2147.html) ни блок дифференциального тока, ни устройство дифференциального тока, не должны реагировать на указанный ток короткого замыкания.
В-третьих, из определения следует, что с автоматическим включателем соединяют не сам блок дифференциального тока, а детали его механизма. То есть части анализируемого определения не согласованы между собой надлежащим образом.
В ГОСТ Р 51327.1–2010 (МЭК 61009-1:2006) рассматриваемый термин ошибочно назван устройством дифференциального тока (УДТ) и определён отлично от первоисточника: «Устройство, выполняющее одновременно функции обнаружения дифференциального тока и сравнения величины этого тока со значением отключающего дифференциального тока, имеющее встроенные средства для управления механизмом расцепления автоматического выключателя, с которым он должен собираться». Поскольку в определении использовано местоимение «он», из него следует, что автоматический выключатель должен собираться с собственным механизмом расцепления. Это местоимение следует заменить местоимением «оно», то есть – устройство.
В приложении B ГОСТ Р 50030.2–2010 (МЭК 60947-2:2006), содержащем требования к автоматическим выключателям, управляемым дифференциальным током, со встроенной защитой от сверхтока, также использован термин «устройство дифференциального тока» и его аббревиатура – УДТ. Аналог этого наименования на английском языке «residual current device» применяют в документах МЭК для обобщённого обозначения всех защитных устройств, управляемых дифференциальным током, в том числе, для изделия собранного из блока дифференциального тока и автоматического выключателя.
В национальной нормативной документации название «устройство дифференциального тока» также следует использовать только для обобщённого обозначения защитных устройств, имеющих один принцип действия и размыкающих защищаемые электрические цепи посредством собственных главных контактов. Именно в таком смысле применяют термин «устройство дифференциального тока» в ГОСТ IEC 61140–2012 (см. http://y-kharechko.livejournal.com/1016.html), ГОСТ 30331.1–2013 (IEC 60364-1:2005) (см. http://y-kharechko.livejournal.com/4077.html), комплексе ГОСТ Р 50571 «Электроустановки низковольтные» и других стандартах. Поэтому рассматриваемое изделие в ГОСТ Р МЭК 60755, ГОСТ Р 51327.1, ГОСТ Р 50030.2 и других нормативных документах следует назвать иначе – «блок дифференциального тока (БДТ)» и определить его следующим образом: устройство, предназначенное одновременно выполнять обнаружение дифференциального тока и сравнение величины этого тока со значением отключающего дифференциального тока, а также инициировать расцепление автоматического выключателя, с которым оно собрано или связано, в случае, когда значение дифференциального тока достигает заданной величины при определённых условиях.
Термин «блок дифференциального тока» используют в документах МЭК для обозначения изделия, представляющего собой часть устройства дифференциального тока. Блок дифференциального тока выполняет следующие две операции:
обнаружение дифференциального тока в своей главной цепи, который появляется при повреждении основной изоляции какой-либо опасной части, находящейся под напряжением, входящей в состав защищаемых им электрических цепей, и её замыкании на землю;
сравнение обнаруженного дифференциального тока со значением дифференциального тока срабатывания.
Третью операцию – отключение защищаемых им электрических цепей в случае, когда дифференциальный ток в главной цепи превосходит значение дифференциального тока срабатывания – блок дифференциального тока самостоятельно выполнить не может, так как он не оснащён главными контактами. Отключение электрических цепей производит автоматический выключатель, с которым соединён БДТ. Собранные вместе автоматический выключатель и блок дифференциального тока образуют устройство дифференциального тока, которое называют автоматическим выключателем, управляемым дифференциальным током со встроенной защитой от сверхтока (АВДТ).
В таком АВДТ автоматический выключатель производит отключение электрических цепей не только при возникновении в них сверхтока, но и при появлении в его механизме команды на размыкание главных контактов, которую подаёт блок дифференциального тока. Для этого БДТ оснащают специальным приводом, воздействующим на удерживающее приспособление в механизме автоматического выключателя. Удерживающее приспособление освобождает главные контакты автоматического выключателя и они начинают самостоятельно размыкаться.
Рассматриваемый АВДТ собирают из БДТ и автоматического выключателя перед его установкой в низковольтное распределительное устройство. Механическое крепление блока дифференциального тока к автоматическому выключателю обычно выполняют при помощи специальных защёлок, а электрическое их соединение производят с помощью однопроволочных или многопроволочных медных проводников, которые являются частью конструкции БДТ. Поскольку указанную сборку можно выполнять только один раз, разборка АВДТ должна сопровождаться видимыми механическими повреждениями. Tags: АВДТ, БДТ, УДТ, УЗО, автоматический выключатель, блок дифференциального тока, дифференциальный ток, ток замыкания на землю, ток утечки, устройство дифференциального тока, устройство защитного отключения

• Стандарт 61009-1: некоторые ошибки в требованиях проекта, стадия CD

  19 февраля 2021 г. завершилось представление замечаний по проекту четвёртой редакции стандарта МЭК 61009-1 «Автоматические выключатели,…

• Стандарт МЭК 61009-1: некоторые терминологические ошибки проекта, стадия CD

  19 февраля 2021 г. завершилось представление замечаний по проекту четвёртой редакции стандарта МЭК 61009-1 «Автоматические выключатели,…

• Стандарт 61008-1: некоторые ошибки в требованиях проекта, стадия CD

  19 февраля 2021 г. завершилось представление замечаний по проекту четвёртой редакции стандарта МЭК 61008-1 «Автоматические выключатели,…

Photo

Hint http://pics.livejournal.com/igrick/pic/000r1edq

Как отличить Дифференциальный автомат от УЗО?

Сперва рассмотрим принцип работы УЗО. Внутри УЗО находится специальный трансформатор, в котором каждый из проводников (L-фаза, N-нуль) создает электромагнитное поле. При нормальной работе они друг друга аннулируют. При возникновении утечки тока, в катушке происходит дисбаланс электромагнитного поля, в итоге, стержень толкает рычаг на выключение. Такое устройство срабатывает на выключение от утечки тока, но не предназначено для защиты от коротких замыканий и перегрузок сети.

Как работает дифференциальный автоматический выключатель (диф. автомат)?

Теперь поговорим о диф.автомате (дифференциальной защите тока и общей защите). Прибор предназначен для защиты цепи от утечки тока (аналогично работе Узо), но преимущество диф. автомата заключается в том, что в него встроен автоматический выключатель, который выполняет функцию защиты цепи от коротких замыканий и перегрузок. Два в одном: УЗО+ Автоматический выключатель= Дифференциальный автомат. Получился своего рода технический симбиоз.

Трехфазный дифференциальный автомат

Если под обычным Узо устанавливают 3 или 4 группы отдельных автоматических выключателей, то диф.автомат обеспечивает отдельную группу для защиты электрической цепи. Под диф.автоматом не устанавливают автоматические выключатели, он несет самостоятельную ответственность за короткое замыкание (КЗ), перегрузку электрической цепи и утечку тока в землю. Можно конечно и поставить автоматические выключатели под диф. автоматом, но это расточительно.

Читайте следующие статьи про УЗО:

Где устанавливают дифференциальные автоматические выключатели?

Устанавливают диф.автомат там, где требуется постоянное питание приборов, например, таких приборов как: охранная сигнализация, пожарная сигнализация, морозильник, компьютер и т.д. Группа работает автономно, т.е. на ветке больше никто не сидит. Обычное Узо отсекает сразу три, а то и больше групп, а это значит, что если где-то произошла утечка тока, к примеру, в стиральной машине, УЗО отключит не только её, но и все остальные приборы.

Диф.автомат-надежная заЩИТа!

Что нужно учесть устанавливая дифференциальный автоматический выключатель?

При установке необходимо учесть габариты диф.автомата. Обычное УЗО — размером в 2 модуля, тогда как диф.автомат — на все 4 модуля в однофазной сети. В зависимости от того, сколько вы хотите проложить отдельных групп, следует подобрать соответствующий распределительный щит для автоматических выключателей дифференциального тока, очень уж много они занимают пространственного места. Но есть диф. автоматы размером в 2 модуля — более компактные, которые позволяют сэкономить в распределительном щите много места.

Обязательно прочитайте следующую статью про установку реле «Почему нужно устанавливать реле контроля напряжения?»

Оцените качество статьи:

Что такое дифференциальный и синфазный ток?

Ответ на заглавный вопрос станет горячей темой на симпозиуме IEEE 2012 EMC в Питтсбурге. Надеюсь, у многих из вас будет возможность посетить его в этом году. На этой выставке всегда представлены действительно отличные технические документы, некоторые из которых более практичны, чем другие. Если ты там, поищи меня. Я проведу некоторое время у стенда Interference Technology, # 817.

Нежелательные проводящие и радиационные излучения могут быть вызваны дифференциальными или синфазными токами.Оба они показаны на Рисунке 1.

Для непрерывного протекания постоянного тока требуется токопроводящая петля. В противном случае при разделении зарядов в проводнике с открытым концом ток прекратится, когда потенциал, развиваемый на разделенном заряде, достигнет равновесия с напряжением постоянного тока, которое вызывает разделение зарядов. Поскольку это происходит со скоростью света в проводнике (измененной реактивным сопротивлением), достижение равновесия не займет много времени! Происходит переходный процесс при включении с равным, но противоположным током, протекающим в исходящем и обратном проводах; и когда равновесие достигнуто, оно просто остается там.Если источником является переменный ток (AC), а изолированный путь является открытым, емкостная связь между отходящим и обратным проводниками замыкает контур, и ток смещения протекает через емкость и возвращается к источнику. Аналогичным образом, если источник переменного тока подключается к проводящей нагрузке постоянного тока, исходящий и обратный ток будут равны, но будут течь в противоположных направлениях. Эти три случая иллюстрируют ток в дифференциальном режиме (DM), который обозначен зеленым цветом выше.. В телекоммуникационной отрасли этот режим называется нормальным, потому что это то, что обычно происходит — Ха! Нормально к проводу.

Если токопроводящая петля не изолирована, а расположена вместе с другими цепями на печатной плате, расположенной внутри кабельного пучка или проходящей по плоскости заземления, между цепями и альтернативным заземлением возникают дифференциальные напряжения (обычно из-за связи излучения или несбалансированных дифференциальных цепей. ) вернется к своему источнику. Это может не быть схемой, предназначенной для справки, и она может включать несколько одновременных проводников.Синфазные токи, протекающие в одном и том же направлении по нескольким проводникам относительно другого опорного сигнала, известны как синфазный режим (CM). Это обозначено красным. Поскольку ток движется в одном направлении по проводам, в телекоммуникационной отрасли этот режим называется продольным.

Когда емкостная связь завершает контуры CM или DM, ток контура будет в первую очередь функцией частоты. На низких частотах емкостное реактивное сопротивление (Xc = 1 / j ω C) и соответствующее сопротивление контура будут настолько высокими, что будет протекать очень небольшой ток смещения.Однако по мере увеличения частоты или длины проводника емкостное реактивное сопротивление уменьшается с соответствующим увеличением тока. Например, на частоте 10 кГц емкость 1000 пФ имеет Xc = 15 923 Ом, а на частоте 1 ГГц — всего 159 миллиомов. Более высокий ток приводит к увеличению радиочастотного излучения. Даже если это так, пока размеры контура (d) не приблизятся к резонансным длинам на частотах излучения (λo / 10). В результате излучение мало по сравнению с энергией в контуре.Действительно хорошее обсуждение CM и DM можно найти в книге Introduction to EMC доктора Клейтона Пола.

Несмотря на то, что ток синфазного режима обычно намного меньше, чем ток дифференциального режима, его площадь контура настолько больше, чем DM, что CM часто доминирует. Поскольку CM может быть одновременно на нескольких цепях и на заземлении, вылечить это сложно. Делая дизайн, помните старую поговорку Бена Франклина: «Унция профилактики стоит фунта лечения!»

— Рон Брюэр

Рон Брюэр будет на стенде Interference Technology № 817 7 августа в 2:00.

Дифференциальная (87) токовая защита | Системы измерения и контроля электроэнергии

Один из фундаментальных законов электрических цепей — это Закон Кирхгофа о токах, который гласит, что алгебраическая сумма всех токов в узле цепи (соединении) должна быть равна нулю. Более простой способ заявить об этом — сказать: «То, что входит, должно выйти». Мы можем использовать этот принцип для обеспечения другой формы защиты от определенных неисправностей в электрических цепях, измеряя величину тока, входящего и выходящего из компонента цепи, а затем отключая автоматический выключатель, если эти два тока не совпадают.

Важным преимуществом дифференциальной защиты по сравнению с мгновенной или максимальной токовой защитой с выдержкой времени является то, что она намного более чувствительна и действует быстрее. В отличие от любой формы максимальной токовой защиты, которая срабатывает только в том случае, если ток превышает максимальный номинальный ток проводников, дифференциальная защита способна срабатывать при гораздо более низких уровнях тока, потому что Закон Кирхгофа предсказывает, что любая величина дисбаланса тока для любой отрезок времени является ненормальным.Более низкие пороги срабатывания вместе с отсутствием задержки по времени означают, что дифференциальная защита способна срабатывать раньше, чем любая форма максимальной токовой защиты, тем самым ограничивая повреждение оборудования за счет устранения неисправности за более короткий промежуток времени.

Предположим, мы должны были измерить величину тока на обоих концах каждой фазной обмотки трехфазного генератора, как показано на следующей диаграмме:

Как и большинство крупных генераторов энергии, этот блок подводит оба вывода каждой фазной обмотки к внешним точкам, так что они могут быть подключены по схеме звезды или треугольника по желанию.В данном случае обмотки генератора соединены звездой. Пока мы измеряем ток, входящий и выходящий из каждой обмотки индивидуально, не имеет значения, соединены ли эти обмотки генератора звездой или треугольником.

Если схема в точности такая, как показано выше, величина тока, входящего и выходящего из каждой фазной обмотки, должна быть одинаковой в соответствии с Законом Кирхгофа о токах. То есть:

\ [I_ {A1} = I_ {A2} \ hskip 30pt I_ {B1} = I_ {B2} \ hskip 30pt I_ {C1} = I_ {C2} \ hskip 30pt \]

Предположим теперь, что один из витков в обмотке фазы «C» должен был случайно коснуться металлической рамы генератора, например, что могло произойти в результате повреждения изоляции.Это замыкание на землю вызовет третий путь для тока в поврежденной обмотке. \ (I_ {C1} \) и \ (I_ {C2} \) теперь будут разбалансированы на величину, равную току повреждения \ (I_F \):

Другой отказ, обнаруживаемый по закону тока Кирхгофа, — это межфазное замыкание обмотки, когда ток течет от одной обмотки к другой. В этом примере короткое замыкание между фазами B и C в генераторе нарушает баланс входящих и исходящих токов для обеих фаз:

Следует отметить, что величина замыкания на землю или тока замыкания между обмотками может быть недостаточно большой, чтобы создать угрозу перегрузки по току для генератора, но само наличие дисбаланса тока в любой фазе доказывает, что обмотка исправна. поврежден.Другими словами, это тип отказа системы, который не обязательно обнаруживается реле максимального тока (50/51), поэтому его необходимо обнаруживать другими способами.

Тип реле, предназначенный для этой задачи, называется реле дифференциального тока . Цифровой код ANSI / IEEE для дифференциальной защиты: 87 . Существуют также реле дифференциального напряжения с тем же обозначением «87» ANSI / IEEE, поэтому при упоминании реле «87» необходимо указывать, является ли рассматриваемая дифференциальная величина напряжением или током.

Простая форма дифференциальной токовой защиты для этого генератора может быть реализована путем подключения трансформаторов тока с обеих сторон каждой обмотки к рабочим катушкам электромеханического реле, подобного этому. Для простоты будет показана защита только одной фазной обмотки (C) генератора. Практическая система реле защиты от дифференциального тока будет контролировать ток через все шесть проводов статора на генераторе, сравнивая токи на входе и выходе каждой фазы:

Если первичные токи ТТ \ (I_ {C1p} \) и \ (I_ {C2p} \) равны и коэффициенты ТТ равны, вторичные токи ТТ \ (I_ {C1s} \) и \ (I_ {C2s } \) также будут равны.Результатом будет нулевой ток через рабочую катушку (OC) дифференциального реле.

Если, однако, замыкание на землю или соседнюю обмотку должно было развиться где-либо в обмотке статора «C» генератора, первичные токи двух трансформаторов тока станут неравными, вызывая неравные вторичные токи, тем самым вызывая значительный ток. протекать через управляющую катушку дифференциального реле (OC). Если этого тока достаточно, чтобы вызвать срабатывание дифференциального реле, реле пошлет сигнал, дающий команду автоматическому выключателю генератора на отключение.

Даже если значение срабатывания реле смещено, чтобы избежать ненужного отключения, все же возможно, что большой фазный ток, требуемый от генератора, может вызвать отключение дифференциального реле из-за невозможности идеального совпадения между двумя фазными токами «C» трансформаторы. Любое несоответствие между этими двумя трансформаторами тока приведет к неравенству вторичных токов, которые будут увеличиваться по мере увеличения величины фазного тока. Большие, богатые гармониками пусковые токи , которые иногда возникают при первоначальном включении большого силового трансформатора, также могут вызывать ложные срабатывания в этой простой форме дифференциальной защиты.Мы не хотим, чтобы это дифференциальное реле срабатывало при каких-либо условиях, кроме внутренней неисправности генератора в его фазной обмотке, поэтому необходима модификация, чтобы обеспечить другую рабочую характеристику.

Если мы модифицируем реле так, чтобы оно имело три катушки, одна для перемещения его механизма в направлении срабатывания, а две для помощи «сдерживать» его механизм (работая для удержания механизма в его нормальном рабочем положении), мы можем соединить эти катушки таким образом. способ, которым две удерживающие катушки (RC) возбуждаются двумя вторичными токами ТТ, в то время как рабочая катушка видит только разницу между двумя вторичными токами ТТ.Мы называем эту схему дифференциальным реле с ограничениями , а прежнюю (более простую) конструкцию — безударным дифференциальным реле :

.

Общая характеристика ограниченного дифференциального реле — срабатывание на основе дифференциального тока, превышающего установленный процент фазного тока.

На этой фотографии показаны три дифференциальных реле, используемых для защиты обмоток трехфазного генератора газотурбинной электростанции.Обратите внимание, как требуется одно реле дифференциального тока для защиты каждой из трех фаз генератора:

Современные цифровые дифференциальные реле обычно воспринимают сигналы ТТ от всех трех фаз, обеспечивая защиту в одном блоке, монтируемом на панели. Цифровые реле защиты предлагают гораздо более сложные подходы к проблеме ложных срабатываний, основанные на несоответствии между парами трансформаторов тока и / или гармоническими токами. На следующем графике показана характеристика реле защиты трансформатора модели 745 General Electric, обеспечивающего защиту от дифференциального тока:

Пользователь может регулировать не только значение срабатывания, но также наклон каждого сегмента линии на графике, высоту ступеньки «точки изгиба» и т. Д.Обратите внимание, как термин «ограничение» все еще используется в конфигурации цифровых реле, даже несмотря на то, что он возник в конструкциях электромеханических реле.

Примечательно, что форма дифференциальной токовой защиты также находит применение в американских домах, где электрические нормы требуют установки защищенных цепей прерыватель тока замыкания на землю (GFCI) в зонах, где возможен контакт между электрическими приборами и водой (например, в ванных комнатах , кухни). Розетки GFCI функционируют, определяя любую разницу в токе между «горячим» и «нейтральным» проводниками, по которым ток идет к любой нагрузке, подключенной к розетке, и от нее:

Один трансформатор тока (CT) в блоке GFCI определяет любой дифференциальный ток, считывая магнитное поле net вокруг обоих проводников с током.Если «горячий» и «нейтральный» токи равны, их противоположные направления будут создавать противоположные магнитные поля с нулевым результирующим магнитным полем, обнаруживаемым трансформатором тока. Однако, если в нагрузке, подключенной к этой розетке, происходит замыкание на землю, эти два тока будут неравными, и трансформатор тока обнаружит чистое магнитное поле. Эти защитные устройства чрезвычайно чувствительны, размыкая контакты со значениями дифференциального тока в диапазоне миллиампер . Это важно, поскольку замыкание на землю в электрическом приборе может очень хорошо пройти через тело человека или животного, и в этом случае всего миллиампер может оказаться вредным или даже смертельным.

Если срабатывает розетка GFCI, ее можно сбросить, нажав кнопку «сброса» на ее лицевой стороне. Блоки GFCI также можно протестировать вручную, нажав кнопку «тест», также установленную на передней панели.

Очень важной концепцией в области релейной защиты является концепция зоны защиты , что легко объяснимо в контексте реле дифференциального тока. Проще говоря, «зона защиты» реле — это физический диапазон, в котором может быть обнаружено указанное электрическое повреждение, и, таким образом, любые компоненты и соединения в зоне могут быть защищены посредством надлежащего действия реле.Реле максимального тока (50/51), рассмотренные в предыдущем разделе этой книги, не имеют четко определенных зон защиты, так как реле максимального тока срабатывают при определенном минимальном токе короткого замыкания , значении , а не обязательно на каком-либо определенном месте отказа . Однако дифференциальные токовые реле имеют очень четкие и однозначные зоны защиты: область, лежащая между токовой парой ТТ :

Только неисправность в пределах зоны защиты реле (т.е.е. «внутренняя» неисправность) может заставить токи двух трансформаторов тока стать неравными. Благодаря закону Кирхгофа о токе, никакое замыкание вне зоны защиты (т. Е. «Внешнее» замыкание), независимо от его серьезности, не может сделать первичные токи ТТ неравными.

Концепция защитных зон очень важна в релейной защите и находит применение далеко за пределами систем дифференциального тока (87). Это тесно связано с концепцией селективности , что означает способность защитного реле различать короткое замыкание в пределах своей собственной зоны защиты и замыкание за пределами этой зоны.Реле с высокой селективностью способно игнорировать внешние неисправности, в то время как реле с плохой селективностью может ошибочно сработать при возникновении внешних неисправностей.

Бытовые розетки

с прерыванием тока замыкания на землю (GFCI) также имеют четко определенные зоны защиты. В случае GFCI зона защиты — это все, что подключено к розетке (т.е. справа от ТТ на схеме):

Обычная практика электропроводки в жилых домах в Соединенных Штатах — это «шлейфовое соединение» обычных розеток с розеткой GFCI, где существуют водные опасности, так что все розетки, запитанные через GFCI, становятся частью защитной зоны GFCI.Например, ванная комната с такой проводкой обеспечивает одинаковую степень защиты от замыкания на землю для всех розеток в комнате. Если бы кто-то подключил электрический фен к одной из розеток с «гирляндной цепью», а затем случайно уронил бы этот прибор в ванну, полную воды, GFCI отключился бы и отключил питание всех розеток с такой же надежностью, как и отключение, если фен был подключен непосредственно к самой розетке GFCI.

Дифференциальная токовая защита наиболее практична для реализации на коротких физических расстояниях, например, по фазным обмоткам в генераторе или каком-либо другом компоненте энергосистемы, но основная концепция применима и на больших расстояниях, поскольку Закон Кирхгофа не знает границ.Рассмотрим, например, линию передачи, охватывающую несколько миль между двумя автобусами, показанную на этой однолинейной схеме:

Здесь два дифференциальных реле управляют отключением автоматических выключателей (функция 52 ANSI / IEEE) на каждом конце линии передачи. Ток на каждом конце линии контролируется трансформаторами тока, подключенными к локальным реле 87, благодаря чему зона дифференциальной защиты по току покрывает всю длину линии передачи. Чтобы эта схема защиты работала, два локальных реле 87 должны каким-то образом связываться друг с другом, чтобы постоянно сравнивать измеренные значения тока на обоих концах линии.Это достигается через канал связи между двумя реле, который называется пилотным каналом . Термин «пилот» — это общий термин в области релейной защиты, относящийся к любой форме передачи данных. Если обнаруживается значительная разница в линейном токе (то есть в результате повреждения в любом месте по длине линии передачи), оба реле отключают свои соответствующие автоматические выключатели и, таким образом, обесточивают линию передачи.

Пилотные системы могут иметь форму аналоговой «петли» тока или напряжения, микроволнового радиоканала, линии связи по линии электропередачи (PLC), линии передачи данных по оптоволоконному кабелю или любой другой формы двухточечной связи. точечный канал передачи данных, позволяющий реле обмениваться данными друг с другом.Детали пилотных систем в схемах защиты сложны и не будут здесь подробно рассматриваться.

Интересное предостережение при применении дифференциальной токовой защиты к длинным линиям состоит в том, что емкостный ток зарядки линий может в некоторых случаях быть достаточно значительным, чтобы сработать реле 87, которое настроено слишком чувствительно. Можно представить себе емкость между фазой и землей как форму «замыкания на землю» переменного тока, потому что любой ток, идущий по этому пути к земле, является током, проходящим через один ТТ, но не через другой.

Текущий закон Кирхгофа не только неограничен в отношении расстояния, он также не ограничен в отношении количества линий, входящих или выходящих из узла. Этот факт позволяет нам применять дифференциальную токовую защиту к шинам , где соединяются несколько линий электропередач и / или устройств. Здесь показан пример высоковольтной шины, сфотографированной на плотине Гранд-Кули в штате Вашингтон, соединяющей несколько блоков трехфазных трансформаторов (каждая из которых питается от гидроэлектрического генератора):

Автобусы обычно изготавливаются из гибкого кабеля или жесткой трубы, подвешенной к земле с помощью изоляторов.Неисправности могут возникнуть в шине, если изолятор «вспыхивает» (т. Е. Вызывает электрическую дугу от проводника шины к земле) или если что-либо проводящее происходит в мосте между линиями шины. По существу, шины могут быть защищены по принципу дифференциального тока, как и любой другой электрический компонент или линия электропередачи. Алгебраическая сумма всех токов, входящих и выходящих из каждой фазы шины, должна равняться нулю, и если это не так, это означает, что шина должна быть неисправна.

Принципиальная схема, показывающая одну шину с пятью разными вводами, показывает, как дифференциальную токовую защиту можно использовать для защиты шины с любым количеством линий.Для простоты схема подключения реле CT и 87 показана только для одной фазы на этой трехфазной шине. В любой реалистичной схеме дифференциальной защиты шины все три фазы будут оснащены трансформаторами тока, и будет три отдельных 87 элементов «рабочей катушки», по одному на каждую фазу:

Закон Кирхгофа сообщает нам, что алгебраическая сумма всех токов в узле должна быть равна нулю. В этом случае рассматриваемый узел представляет собой сумму всех проводников, показанных внутри синего пунктирного контура зоны защиты.Поскольку все трансформаторы тока имеют одинаковое отношение витков и соединены параллельно, как показано, их объединенные вторичные токи должны быть суммированы до чистого значения в ноль ампер через рабочую катушку реле 87 во время нормальной работы. Однако, если короткое замыкание на землю или междуфазное замыкание произойдет где-нибудь в пределах зоны защиты, вторичные токи ТТ будут суммироваться с нулевым значением , а не , что приведет к срабатыванию дифференциального реле.

Еще одно важное понятие в релейной защите — перекрытие зоны защиты .Философия здесь заключается в том, что размер каждой зоны защиты должен быть ограничен, чтобы избежать ненужного отключения большего количества секций энергосистемы, чем необходимо для изоляции любого повреждения, при этом ни один компонент или проводник не остаются незащищенными. На следующей однолинейной схеме показано, как конфигурируются зоны защиты для перекрытия друг друга на каждом автоматическом выключателе, к которому они подключаются:

Например, короткое замыкание в верхней линии передачи относится только к этой зоне защиты и, следовательно, сработает только выключатели F и G, оставляя другую линию передачи и связанные с ней компоненты для передачи энергии от генерирующей станции к подстанции.Обратите внимание на то, что каждый автоматический выключатель в вышеуказанной системе находится в пределах двух защитных зон . Если повреждение произошло внутри выключателя F, оно отключило бы выключатель E в верхней зоне трансформатора электростанции, а также выключатель G в верхней зоне линии передачи, изолируя отказавший выключатель.

Перекрытие зон дифференциальной защиты достигается за счет разумного размещения трансформаторов тока по обе стороны от автоматического выключателя. Напомним, что граница любой схемы дифференциальной защиты по току определяется расположением трансформаторов тока, измеряющих ток в узле и на выходе из него.Таким образом, ТТ, к которому подключается реле дифференциального тока, определяет, насколько далеко будет достигнута граница зоны защиты этого реле. Мы более подробно рассмотрим однолинейную схему, чтобы изучить эту концепцию дальше, сосредоточив внимание на верхнем левом углу генерирующей станции и исключив все трансформаторы и все, кроме одного генератора, а также выключатели C, D и F для простоты:

Здесь мы видим, как достигается перекрытие зон путем подключения каждого дифференциального реле к ТТ дальний на каждом автоматическом выключателе.Если вместо этого мы решим подключить каждое реле 87 к рядом с трансформатором тока , две зоны защиты не будут перекрываться, и каждый автоматический выключатель останется незащищенным:

Возможно, наиболее интересным и сложным применением дифференциальной токовой защиты является защита силовых трансформаторов, которые страдают многими из тех же уязвимостей, что и генераторы и двигатели (например, неисправности обмоток). Сначала у нас может возникнуть соблазн подключить трансформаторы тока к каждому проводнику, входящему в трансформатор и выходящему из него, с установкой 87 реле для сравнения этих токов и отключения при обнаружении дисбаланса, точно так же, как для защиты отдельных обмоток в генераторе.Однофазного трансформатора достаточно, чтобы проиллюстрировать эту концепцию, опять же без удерживающих катушек (RC) внутри каждого из дифференциальных реле для простоты:

До тех пор, пока каждая пара трансформаторов тока для каждого реле дифференциального тока согласована (то есть с одинаковым соотношением витков), эта схема защитного реле будет обнаруживать замыкания на землю и замыкания между обмотками в силовом трансформаторе. Однако одна распространенная неисправность трансформатора, которая останется незамеченной, — это межвитковая неисправность в одной из обмоток.Такая неисправность исказила бы коэффициент трансформации силового трансформатора, но , а не нарушила бы баланс тока, входящего и выходящего из любой данной обмотки, и, следовательно, не обнаруживалась бы дифференциальными реле, как показано.

Очень умный способ улучшить защиту трансформатора от дифференциального тока состоит в том, чтобы одно реле 87 сравнивало первичный и вторичный токи этого трансформатора, тем самым расширяя зону защиты по обеим обмоткам с помощью всего одного реле:

Одним из необходимых условий для того, чтобы эта стратегия работала, является использование трансформаторов тока с необходимыми коэффициентами вращения, чтобы дополнить коэффициент передачи силового трансформатора и дать реле 87 два эквивалентных тока для сравнения.Например, если у нашего силового трансформатора соотношение витков 20: 1, отношения двух наших ТТ должны отличаться друг от друга на один и тот же коэффициент (например, ТТ 50: 5 на слаботочной первичной обмотке и ТТ 1000: 5 на сильноточной вторичной обмотке).

Эта схема дифференциальной защиты по току работает для обнаружения общих неисправностей трансформатора следующими способами:

• Замыкание на землю: этот вид замыкания заставляет токи, входящие и выходящие из поврежденной обмотки, быть неравными.Поскольку вся обмотка не видит одинаковый ток, она не может индуцировать правильную пропорцию тока в другой (исправной) обмотке. Это неправильное различие токов будет замечено реле 87.
• Неисправность между обмотками: при таком типе повреждения часть тока из одной обмотки уходит и попадает в другую обмотку в соотношении 1: 1. Это эффективно искажает передаточное отношение трансформатора, что приводит к дисбалансу токов, наблюдаемых реле 87.
• Поворотное повреждение: Этот вид неисправности непосредственно искажает передаточное отношение трансформатора, что приводит к дисбалансу токов, обнаруживаемых реле 87.

Интересным предостережением при использовании защиты от дифференциального тока на трансформаторе является явление броска тока , которое часто случается, когда трансформатор изначально находится под напряжением. Пусковой ток возникает, когда остаточный магнетизм в сердечнике трансформатора из его последнего включенного состояния оказывается значительным и имеет ту же полярность, что и начальная намагниченность при первом включении. В результате сердечник трансформатора начинает магнитно насыщаться, в результате чего в первичной обмотке возникает избыточный ток, который не , а генерирует ток во вторичной обмотке.Любое реле дифференциального тока, естественно, увидит эту разницу как неисправность и может без необходимости отключить питание трансформатора.

Умное решение проблемы ложного срабатывания реле 87 из-за пускового тока трансформатора называется ограничением гармоник или блокировкой гармоник . Пусковые токи имеют тенденцию быть асимметричными при просмотре на осциллографе из-за смещения предварительно намагниченного сердечника трансформатора (т. Е. Магнитное поле сердечника достигает более сильных пиков в одной полярности, чем в другой).Эта асимметрия приводит к значительному содержанию второй гармоники (например, 120 Гц в энергосистеме с частотой 60 Гц) в первичном токе и, следовательно, является точным индикатором броска тока. Если реле 87 предназначено для обнаружения этой гармонической частоты, оно может быть сконфигурировано для обеспечения дополнительного ограничения или даже полного запрета («блокирования») своего собственного срабатывания до тех пор, пока гармоники не утихнут и трансформатор не стабилизируется до нормального режима работы.

Дифференциальная токовая защита трехфазных трансформаторов и трансформаторных батарей серии — более сложное дело, и не просто потому, что их всего три.Силовые трансформаторы часто имеют разную конфигурацию первичной и вторичной обмоток (например, звезда-треугольник или треугольник-звезда). Таким образом, токи, входящие в силовой трансформатор и выходящие из него, могут не совпадать по фазе друг с другом, и в таких случаях нельзя напрямую сравнивать друг с другом для дифференциальной токовой защиты. Рассмотрим этот пример, где первичная обмотка — звезда, а вторичная обмотка — треугольник. Для простоты мы рассмотрим трансформатор с равным числом витков на каждой обмотке, так что каждая пара первичной / вторичной обмоток имеет соотношение витков 1: 1. {o} \) фазовый сдвиг.Токи, генерируемые каждой вторичной обмоткой ТТ, помечены строчными буквами (\ (i \), а не \ (I \)), чтобы представлять их меньшие значения:

Обратите внимание, как каждый ток, входящий в сдерживающую катушку (RC) реле 87, выходит из другой удерживающей катушки с тем же математическим выражением, что указывает на равные значения тока. Это будет верно до тех пор, пока все соотношения ТТ правильные, а токи на входе и выходе силового трансформатора соответствуют друг другу.

Если обмотки силового трансформатора имеют соотношение витков 1: 1, как в случае этой демонстрационной схемы, токи вторичной линии будут больше, чем токи первичной линии, в \ (\ sqrt {3} \) раз, из-за к тому факту, что первичные обмотки соединены звездой (токи обмотки такие же, как линейные токи), в то время как вторичные обмотки соединены треугольником (токи обмоток объединяются, чтобы получить большие линейные токи).Это означает, что каждый вторичный ТТ будет видеть больший линейный ток, чем каждый из соответствующих первичных ТТ. Однако, учитывая тот факт, что ТТ на первичной стороне силового трансформатора имеют свои вторичные обмотки, соединенные треугольником, фактическая величина тока, которую они посылают на катушки реле 87, будет такой же, как величина тока, подаваемого на реле 87. другими трансформаторами тока при равных соотношениях трансформаторов тока со всех сторон.

Если обмотки силового трансформатора имеют соотношение витков, отличное от 1: 1, трансформаторы тока, установленные на первичной и вторичной линиях, вероятно, также будут иметь разные отношения.Маловероятно, что трансформаторы тока будут демонстрировать точно комплементарные отношения к отношениям внутренних обмоток силового трансформатора, что означает, что, когда эти трансформаторы тока подключены к 87 реле, их выходные токи не будут совпадать по величине . Унаследованные электромеханические реле 87 были оснащены «ответвлениями», которые можно было установить в различных соотношениях для выравнивания токов ТТ с точностью до нескольких процентов, согласованных друг с другом. {o} \) между первичной и вторичной сторонами с запаздыванием стороны низкого напряжения трансформатора.

Современные цифровые реле 87 предлагают «компенсацию ТТ», которая может использоваться вместо дополнительных подключений для коррекции фазового сдвига силового трансформатора звезда-треугольник, а также коррекции коэффициентов ТТ, которые не идеально согласованы. Вместо того, чтобы тщательно подключать вторичные обмотки всех ТТ таким образом, чтобы фазовые углы первичной и вторичной стороны и значения тока совпадали для всех нормальных условий работы трансформатора, мы можем подключать ТТ так, как сочтем нужным (обычно в конфигурации звезды. с обеих сторон для простоты) и пусть реле математически сопоставляет углы и величины.Эта цифровая альтернатива, конечно, требует особого внимания к настройкам реле, чтобы работать.

Измерение дифференциального и синфазного тока излучения от кабелей

В этой статье обсуждается синфазное и дифференциальное излучение от кабелей и представлены результаты измерений на соединительных проводах SMPS.

Дифференциальная и синфазная схема Модель

Рассмотрим типичную модель схемы, показанную на рисунке 1.

Рисунок 1: Типовая схема модели

Если поля, генерируемые прямым током, нейтрализуют поля обратных токов и отсутствуют другие цепи, источники или пути связи, то прямой ток равен обратному току.Практически в любой практической схеме имеет место другой сценарий, как показано на рисунке 2.

Рисунок 2: Модель схемы, показывающая CM, DM и полные токи

Î _D упоминается как дифференциальный ток (DM) , а Î _C упоминается как синфазный (CM) ток . Токи DM обычно являются функциональными токами. Они равны по величине и разнонаправлены. (Нежелательные) токи CM равны по величине и одного направления (см. [1] для обсуждения создания тока CM).

При анализе токов DM и CM мы часто используем полные токов ₁ и Î ₂ , текущих в одном направлении. Причина этого в том, что легче применить классическую теорию цепей к полным токам, чем к отдельным токам. После разработки уравнений для полных токов мы просто заменяем полные токи дифференциальными или синфазными токами в полученных выражениях.Этот подход будет продемонстрирован в следующем разделе.

Полные токи Î ₁ и Î ₂ текущих связаны с токами DM и CM на

(1а)

(1б)

Излучение от дифференциального и синфазного излучения

Дифференциальное и синфазное излучение можно моделировать как излучение от двух диполей Герца, возбуждаемых шумовым напряжением.

Начнем с излучения DM.Рассмотрим сценарий, показанный на рисунке 3., где две линейные антенны (проводник 1 и провод 2), расположенные вдоль оси x , переносят токи дифференциальной моды в направлении z .

Рисунок 3: Токи DM и связанные поля

Максимальное излучаемое поле направлено поперек антенны (в плоскости xy , где θ = 90 °, и в направлении z , как показано на рисунке. Обратите внимание, что поля, излучаемые обоими проводниками, имеют противоположные направления, дает небольшое общее излучаемое поле, как показано.Это полное излучаемое поле в точке наблюдения в дальнем поле может быть получено путем наложения полей, создаваемых каждой антенной.

Если рассматривать каждую антенну как линейный диполь длиной l , величина общего поля на расстоянии d от антенн будет, [2],

(2)

, где f — частота тока, переносимого антеннами.

Теперь рассмотрим сценарий, показанный на рисунке 4, где две линейные антенны несут синфазные токи.

Рисунок 4: Токи CM и связанные поля

Излучаемые поля, создаваемые обоими проводниками, имеют одинаковое направление, таким образом, усиливая друг друга, чтобы получить общее излучаемое поле, как показано. Величина полного поля на расстоянии d от антенн составляет

.

(3)

Следует отметить, что токи CM могут быть на несколько порядков меньше, чем токи DM, но излучение от них может превышать нормативные пределы.

Например, требуется всего 8 мкА тока CM, чтобы превысить предел FCC класса B в 100 мкВ / м на расстоянии 3 м, как показывают следующие расчеты.

Из уравнения. (2) мы можем вычислить выражение для тока CM через максимально допустимую напряженность поля [3].

(4)

Положив, l = 1 м, d = 3 м, f = 30 МГц, E _θ = 100 мкВ⁄м, получим I _C = 8 мкА.

Поэтому неудивительно, что ток CM вызывает большой интерес (или опасения) для инженеров EMC. Далее мы обсудим измерения тока DM и CM от кабелей, соединяющих SMPS.

Измерение дифференциального и синфазного тока

На рис. 5 показана испытательная установка для измерения дифференциального и синфазного токов.

Рисунок 5: Измерительная установка

Используемый датчик тока показан на Рисунке 6.

Рисунок 6: Датчик тока для измерений DM- и CM-

ИИП, используемый в этом эксперименте, представляет собой понижающий (понижающий), от 12 В до 5 В постоянного тока, переключение на 420 кГц.

Токи CM были измерены с помощью токового пробника, при этом провода питания и заземления были размещены внутри токового пробника, как показано на Рисунке 7.

Рисунок 7: Установка для измерения тока CM

Когда оба провода находятся внутри датчика, поля дифференциального тока (в идеале) компенсируют друг друга, и датчик тока измеряет только синфазные токи. Если быть точным, он (в идеале) измеряет удвоенное значение тока CM, то есть 2 I _C .Результаты измерений показаны на Рисунке 8 и сведены в Таблицу 1. Измеренные значения представляют собой относительные значения в единицах дБмкВ.

Рисунок 8: Результаты измерения тока CM

Синфазный ток	Частота (МГц)	Величина (дБмкВ)
СМ — А	1,095	12,47
CM — B	1,23	9,65
см — C	1.34	13,41
CM — D	1,57	11,67

Таблица 1: Результаты измерения тока CM

Теперь давайте измерим полные токи. Суммарные токи были измерены с помощью двух различных установок: токовый зонд над заземляющим проводом и токовый зонд над силовым проводом, как показано на Рисунке 9.

Рисунок 9: Измерения полного и постоянного тока

Обратите внимание, что в этих установках мы измеряем величины полных токов Î ₁ и Î ₂ , определяемых уравнениями.(1a) и (1b) и показаны на рисунке 2. Как мы увидим, в этом эксперименте токи CM существуют на частотах, отличных от токов DM, и, таким образом, измерения полного тока можно использовать для извлечения токов DM . Вот почему мы сначала измерили токи CM.

Результаты измерений с зондом над линией заземления показаны на рисунке 10, а результаты для линии электропередачи показаны на рисунке 11. Оба результата суммированы в таблице 2. Значения измерений являются относительными значениями в единицах дБмкВ. .

Рисунок 10: Результаты измерения полного и постоянного тока — провод заземления

Рисунок 11: Результаты измерения суммарного и DM-тока — провод питания

Дифференциальный режим Ток	Частота	> Величина (дБмкВ) Провод заземления	Величина (дБмкВ) Провод питания
DM — E	114,8 кГц	14,94	16,95
DM — E	420.4 кГц	37,83	36,94
DM — F	> 840,9 кГц	19,09	17,33
DM — G	1,261 МГц	13,65	12,51
DM — J	1,681 МГц	10,1	11,3

Таблица 2: Результаты измерения DM-тока

Наблюдения

За исключением частоты 114.На 8 кГц токи ДМ возникают на гармониках частоты коммутации. Суммарные измерения заземления и силового провода фиксируют как токи DM, так и CM. Токи CM и DM не так предсказуемы, как токи DM. Обратите внимание, что CM-ток заземляющего провода присутствует в точке A на рисунке 10, но не присутствует на этой частоте в силовом проводе на рисунке 11. Другой ток CM на более низкой частоте, в точке K, показан на рисунке 11. , и его не было на этой частоте на рисунке 10.

Благодарность

Автор хотел бы поблагодарить Кена Явора за его комментарии и предложения, включенные в эту исправленную версию.

Список литературы

1. Богдан Адамчик, Создание и подавление синфазного тока , In Compliance Magazine, август 2019 г.
2. Богдан Адамчик, Основы электромагнитной совместимости с практическими приложениями , Wiley, 2017.
3. Генри В. Отт, Разработка электромагнитной совместимости , Wiley, 2009.

Дифференциальное реле | Electrical4U

Реле, используемые для защиты энергосистемы, бывают разных типов. Среди них дифференциальное реле очень часто используется для защиты трансформаторов и генераторов от локальных неисправностей.
Дифференциальные реле очень чувствительны к неисправностям, произошедшим в пределах зоны защиты, но они наименее чувствительны к неисправностям, которые происходят вне защищенной зоны. Большинство реле срабатывают, когда какое-либо количество превышает заданное значение, например, реле максимального тока срабатывает, когда ток через него превышает заданное значение.Но принцип работы дифференциального реле несколько иной. Он работает в зависимости от разницы между двумя или более подобными электрическими величинами.

Определение дифференциального реле

Дифференциальное реле — это реле, которое срабатывает, когда разница между двумя или более подобными электрическими величинами превышает заданное значение. В схеме дифференциального реле есть два тока, исходящие от двух частей электрической силовой цепи. Эти два тока встречаются в точке соединения, где подключена катушка реле.Согласно закону Кирхгофа о токах, результирующий ток, протекающий через катушку реле, является не чем иным, как суммой двух токов, исходящих из двух разных частей электрической цепи. Если полярность и амплитуда обоих токов отрегулированы так, чтобы векторная сумма этих двух токов была равна нулю при нормальных условиях эксплуатации. Таким образом, при нормальных условиях эксплуатации через катушку реле не будет протекать ток. Но из-за какой-либо неисправности в силовой цепи, если этот баланс нарушен, это означает, что сумма векторов этих двух токов больше не остается равной нулю, и через катушку реле будет протекать ненулевой ток, тем самым приводя в действие реле.

В дифференциальной схеме тока есть два комплекта трансформаторов тока, каждый из которых подключен к каждой стороне оборудования, защищенного дифференциальным реле . Соотношение трансформаторов тока выбрано таким образом, чтобы вторичные токи обоих трансформаторов тока соответствовали друг другу по величине.
Полярность трансформаторов тока такова, что вторичный ток этих трансформаторов тока противодействует друг другу. Из схемы ясно, что только если между этим и вторичными токами создается ненулевая разница, то только этот дифференциальный ток будет течь через рабочую катушку реле.Если эта разница превышает пиковое значение реле, оно срабатывает, чтобы размыкать автоматические выключатели, чтобы изолировать защищаемое оборудование от системы. Релейный элемент, используемый в дифференциальном реле, представляет собой мгновенное реле якорного типа, поскольку дифференциальная схема адаптирована только для устранения неисправности внутри защищаемого оборудования, другими словами, дифференциальное реле должно устранять только внутреннюю неисправность оборудования, поэтому защищенное оборудование должно быть изолировано, как только поскольку любая неисправность произошла внутри самого оборудования.Они не должны быть какой-либо временной задержкой для координации с другими реле в системе.

Типы дифференциального реле

Существует два основных типа дифференциальных реле в зависимости от принципа действия.

1. Дифференциальное реле баланса тока
2. Дифференциальное реле баланса напряжения

В дифференциальном реле тока два трансформатора тока установлены с обеих сторон защищаемого оборудования. Вторичные цепи трансформаторов тока соединены последовательно таким образом, что они пропускают вторичный ток трансформатора тока в одном направлении.

Управляющая катушка релейного элемента подключена ко вторичной цепи трансформатора тока. В нормальных условиях эксплуатации защищаемое оборудование (силовой трансформатор или генератор переменного тока) пропускает нормальный ток. В этой ситуации предположим, что вторичный ток CT ₁ равен I ₁ , а вторичный ток CT ₂ равен I ₂ . Из схемы также видно, что ток, проходящий через катушку реле, не что иное, как I ₁ -I ₂ .Как мы уже говорили ранее, коэффициент передачи и полярность трансформатора тока выбираются таким образом: I ₁ = I ₂ , следовательно, через катушку реле не будет протекать ток. Теперь, если какое-либо повреждение происходит во внешней зоне по отношению к зоне, охватываемой трансформаторами тока, ток неисправности проходит через первичную обмотку обоих трансформаторов тока, и, таким образом, вторичные токи обоих трансформаторов тока остаются такими же, как в случае нормальных рабочих условий. Следовательно, в этой ситуации реле не сработает.Но если какое-либо замыкание на землю произошло внутри защищаемого оборудования, как показано, два вторичных тока больше не будут равны. В этом случае срабатывает дифференциальное реле, чтобы изолировать неисправное оборудование (трансформатор или генератор переменного тока) от системы.
В основном этот тип релейных систем страдает некоторыми недостатками.

1. Может существовать вероятность несоответствия импеданса кабеля от вторичного трансформатора тока к удаленной панели реле.
2. Емкость этих контрольных кабелей вызывает некорректную работу реле, когда возникает серьезная неисправность вне оборудования.
3. Невозможно добиться точного согласования характеристик трансформатора тока, поэтому в нормальных условиях эксплуатации через реле может протекать ток утечки.

Дифференциальное реле процентного соотношения

Предназначено для реакции на дифференциальный ток в части его относительного отношения к току, протекающему через защищаемую секцию. В этом типе реле в дополнение к рабочей катушке реле есть удерживающие катушки. Ограничительные катушки создают крутящий момент, противоположный рабочему крутящему моменту.В нормальных условиях и в условиях неисправности ограничивающий момент превышает рабочий момент. При этом реле остается неактивным. Когда происходит внутреннее повреждение, рабочая сила превышает силу смещения, и, следовательно, реле срабатывает. Эту силу смещения можно регулировать, изменяя количество витков ограничительных катушек. Как показано на рисунке ниже, если I ₁ — вторичный ток CT ₁ , а I ₂ — вторичный ток CT ₂ , то ток через рабочую катушку равен I ₁ — I ₂ , а ток через ограничительную катушку равен (I ₁ + I ₂ ) / 2.В нормальных условиях и в условиях неисправности крутящий момент, создаваемый ограничивающими катушками из-за тока (I ₁ + I ₂ ) / 2, больше, чем крутящий момент, создаваемый рабочей катушкой из-за тока I ₁ — I ₂ , но в внутреннее неисправное состояние они становятся противоположными. Настройка смещения определяется как отношение (I ₁ — I ₂ ) к (I ₁ + I ₂ ) / 2.

Из приведенного выше объяснения ясно, что чем больше ток, протекающий через ограничительные катушки, тем выше значение тока, необходимого для работы катушки.Реле называется процентным реле, потому что рабочий ток, необходимый для отключения, может быть выражен в процентах от сквозного тока.

Коэффициент трансформации ТТ и подключение дифференциального реле

Это простое практическое правило состоит в том, что трансформаторы тока на любой обмотке звезды должны быть подключены по схеме треугольник, а трансформаторы тока на любой обмотке треугольником должны быть подключены по схеме звезды. Это сделано для того, чтобы исключить ток нулевой последовательности в цепи реле.
Если ТТ соединены звездой, то коэффициент ТТ будет I _n /1 или 5 А
ТТ, подключенных по схеме треугольника, коэффициент ТТ будет I _n /0.5775 или 5 × 0,5775 A

Дифференциальное реле баланса напряжений

В этой схеме трансформаторы тока подключены с обеих сторон оборудования таким образом, что ЭДС, наведенная во вторичной обмотке обоих трансформаторов тока, будет противодействовать друг другу. Это означает, что вторичные обмотки трансформаторов тока с обеих сторон оборудования соединены последовательно с противоположной полярностью. Катушка дифференциального реле вставляется где-то в петлю, образованную последовательным соединением вторичной обмотки трансформаторов тока, как показано на рисунке.В нормальных рабочих условиях, а также в условиях сквозного повреждения, ЭДС, индуцированные в обеих вторичных обмотках ТТ, равны и противоположны друг другу, и, следовательно, через катушку реле не будет протекать ток. Но как только в защищаемом оборудовании возникает какая-либо внутренняя неисправность, эти ЭДС перестают быть сбалансированными, поэтому ток начинает течь через катушку реле, тем самым срабатывая автоматический выключатель.

Дифференциальное реле баланса напряжений имеет некоторые недостатки, например, требуется конструкция многоотводного трансформатора для точного баланса между парами трансформаторов тока.Система подходит для защиты кабелей относительно короткой длины, в противном случае емкость контрольных проводов ухудшает характеристики. На длинных кабелях зарядного тока будет достаточно для работы реле, даже если достигается идеальный баланс трансформатора тока.
Эти недостатки могут быть устранены в системе путем введения системы / схемы Translay, которая представляет собой не что иное, как модифицированную систему дифференциальных реле напряжения баланса. Схема Translay в основном применяется для дифференциальной защиты фидеров.

Здесь два комплекта трансформаторов тока подключили оба конца фидера. Вторичная обмотка каждого трансформатора тока оснащена индивидуальным двухобмоточным реле индукционного типа. Вторичная обмотка каждого трансформатора тока питает первичную цепь двухобмоточного реле индукционного типа. Вторичная цепь каждого реле соединена последовательно, образуя замкнутый контур с помощью управляющих проводов. Подключение должно быть таким, чтобы индуцированное напряжение во вторичной обмотке одного реле было противоположным напряжению другого.Компенсирующее устройство нейтрализует влияние емкостных токов управляющих проводов и эффект отсутствия баланса между двумя трансформаторами тока.

В нормальных условиях и в условиях неисправности ток на двух концах фидера одинаков, поэтому ток, индуцированный во вторичной обмотке ТТ, также будет одинаковым. Из-за этих равных токов во вторичной обмотке ТТ первичная обмотка каждого реле индуцирует одинаковую ЭДС. Следовательно, ЭДС, индуцированная во вторичных обмотках реле, также такая же, но катушки соединены таким образом, что эти ЭДС имеют противоположное направление.В результате через контур управления не будет протекать ток, и, следовательно, не будет создаваться рабочий крутящий момент ни на одном из реле.

Но если в фидере в зоне между трансформаторами тока возникает какая-либо неисправность, ток, выходящий из фидера, будет отличаться от тока, поступающего в фидер. Следовательно, не будет равенства между токами в обеих вторичных обмотках ТТ. Эти неравные вторичные токи трансформатора тока будут создавать несимметричное вторичное индуцированное напряжение в обоих реле.Следовательно, ток начинает циркулировать в контуре управления, и, следовательно, крутящий момент создается в обоих реле.

Так как направление вторичного тока в реле противоположно, крутящий момент в одном реле будет стремиться замыкать контакты отключения, и в то же время крутящий момент, создаваемый в другом реле, будет стремиться удерживать движение контактов отключения в нормальном режиме -рабочая позиция. Рабочий момент зависит от положения и характера неисправности в защищаемой зоне питателя. Неисправная часть фидера отделяется от исправной, когда срабатывает хотя бы один элемент любого реле.

Следует отметить, что в схеме защиты трансляции замкнутое медное кольцо снабжено центральным плечом первичного сердечника реле. Эти кольца используются для нейтрализации влияния управляющих токов мощности. Емкостные токи опережают напряжение, подаваемое на пилот, на 90 ^o и, когда они протекают в низкоиндуктивной рабочей обмотке, создают магнитный поток, который также опережает пилотное напряжение на 90 ^o . Поскольку пилотное напряжение индуцируется во вторичных обмотках реле, оно на значительный угол отстает от магнитного потока в воздушном зазоре магнитного поля.Замкнутые медные кольца отрегулированы таким образом, чтобы угол составлял приблизительно 90 ^o . Таким образом, потоки, действующие на диск, находятся в фазе, и, следовательно, в релейном диске отсутствует крутящий момент.

Что такое реле дифференциальной защиты? — Описание и его виды на основе принципа действия

Определение: Реле, работа которого зависит от разности фаз двух или более электрических величин, известно как реле дифференциальной защиты .Он работает по принципу сравнения между фазовым углом и величиной одинаковых электрических величин.

Например: Рассмотрим сравнение входного и выходного тока линии передачи. Если величина входного тока линии передачи больше, чем выходного тока, это означает, что дополнительный ток течет через нее из-за неисправности. Разница в токе может срабатывать реле дифференциальной защиты.

Ниже приведены основные условия, необходимые для работы реле дифференциальной защиты.

• Сеть, в которой используется реле, должна иметь две или более одинаковых электрических величины.
• Величины имеют фазовый сдвиг примерно 180º.

Реле дифференциальной защиты используется для защиты генератора, трансформатора, фидера, большого двигателя, шин и т. Д. Ниже приводится классификация реле дифференциальной защиты.

• Реле дифференциального тока
• Реле дифференциального напряжения
• Реле смещения или процентного дифференциала
• Дифференциальное реле баланса напряжения

Реле дифференциального тока

Реле, которое определяет и управляет разностью фаз между током, входящим в электрическую систему, и током, выходящим из электрической системы, называется дифференциальным реле тока .Расположение реле максимального тока, подключенного для работы в качестве дифференциального реле, показано на рисунке ниже.

Расположение реле максимального тока показано на рисунке ниже. Пунктирной линией показана секция, которая используется для защиты. Трансформатор тока размещается на обоих концах зоны защиты. Вторичная обмотка трансформаторов включена последовательно с помощью контрольного провода. Таким образом, ток, индуцируемый в трансформаторах тока, течет в одном направлении. Катушка управления реле подключена к вторичной обмотке трансформаторов тока.

В нормальном рабочем состоянии величина тока во вторичной обмотке ТТ остается неизменной. Нулевой ток протекает через рабочую катушку. При возникновении неисправности величина тока на вторичной обмотке ТТ становится неравной, из-за чего реле начинает работать.

Катушка смещенного или процентного дифференциала

Это наиболее часто используемый вид дифференциального реле. Их расположение такое же, как у токового дифференциального реле; Единственное отличие состоит в том, что эта система состоит из дополнительной сдерживающей катушки, подключенной к пилотным проводам, как показано на рисунке ниже.

Управляющая катушка подключается в центре удерживающей катушки. Соотношение токов в трансформаторе тока становится несимметричным из-за тока короткого замыкания. Эта проблема решается использованием удерживающей катушки.

Дифференциальное реле со смещением индукционного типа

Это реле индукционного типа состоит из диска, который свободно вращается между электромагнитами. Каждый электромагнит состоит из медного затеняющего кольца. Кольцо может входить или выходить из электромагнита.Диск испытывает силу из-за ограничивающего и рабочего элемента.

Результирующий крутящий момент на затемненном кольце становится нулевым, если положение кольца сбалансировано для обоих элементов. Но если кольцо движется по направлению к железному сердечнику, то на кольцо действуют неравные крутящие моменты из-за рабочей и сдерживающей катушки.

Дифференциальное реле баланса напряжения

Дифференциальное реле тока не подходит для защиты фидеров. Для защиты фидеров используются дифференциальные реле баланса напряжений.В дифференциальном реле напряжения используются два одинаковых трансформатора тока в защитной зоне с помощью управляющего провода.

Реле включены последовательно с вторичной обмоткой трансформатора тока. Реле подключены таким образом, чтобы в нормальном рабочем состоянии через них не протекал ток. В дифференциальном реле баланса напряжений используются трансформаторы тока с воздушным сердечником, в которых индуцируются напряжения относительно тока.

Когда КЗ происходит в зоне защиты, ток в ТТ становится несимметричным, из-за чего нарушается напряжение во вторичной обмотке ТТ.Ток начинает течь через рабочую катушку. Таким образом, реле начинает работать и дает команду выключателю сработать.

Принципы дифференциальной защиты, которые вы ДОЛЖНЫ понимать

Дифференциальная защита

Хотя в настоящее время дифференциальная защита достигается численно, для понимания принципов дифференциальной защиты полезно проанализировать повсеместное электромеханическое реле. На рисунке 1 показана простая схема дифференциальной защиты, также известная как схема Мерца-Прайса.

Принципы дифференциальной защиты, которые вы ДОЛЖНЫ понимать (на фото: реле защиты SIPROTEC)

В этой простой схеме мы можем предположить, что при нормальных условиях эксплуатации ток, входящий в часть оборудования под защитой , равен (или в случае трансформатора, пропорционально) его выходному току. В этом примере мы предположим, что входной и выходной токи равны.

Автоматический выключатель с обеих сторон защищаемого оборудования управляется реле максимального тока.

Рисунок 1 — Простая дифференциальная защита (щелкните, чтобы развернуть схему)

Трансформаторы тока одинакового типа и коэффициента трансформации устанавливаются с обеих сторон оборудования. Эти трансформаторы тока индуцируют идентичные вторичные токи, потому что их первичные токи идентичны и у них одинаковое отношение витков.

При простом рассмотрении схемы становится ясно, что в этих условиях ток утечки не будет проходить через реле , поэтому сигналы отключения не будут генерироваться.

… и при возникновении неисправности

Рассмотрим неисправность , внутреннюю по отношению к оборудованию . Через короткое замыкание будет протекать большой ток, поэтому ток, выходящий из оборудования, будет быстро уменьшаться, что приведет к уменьшению вторичного тока в CT B . Это приведет к протеканию тока через реле, величина которого будет достаточной для отключения автоматических выключателей.

Теперь рассмотрим внешнюю неисправность на F , как показано на рисунке 2.

Рисунок 2 — Простая дифференциальная защита с внешней ошибкой

Вы можете видеть, что в этом случае ток на выходе из оборудования, хотя и большой, остается таким же, как ток на входе в него, поэтому реле не сработает. Это именно то, что мы хотим. , потому что внешние по отношению к оборудованию неисправности находятся в другой зоне защиты и защищены другой схемой.

Если защищаемое оборудование представляет собой, например, шину или обмотку генератора, очевидно, что выходной ток такой же, как и входной.Если, однако, оборудование представляет собой трансформатор, у которого коэффициент трансформации не равен единице, то входящий ток будет отличаться от выходящего тока.

В этом случае трансформаторы тока должны быть сбалансированы с эквивалентным дифференциалом передаточного числа.

Дифференциальная схема создает четко определенную зону защиты , охватывающую все, что находится между двумя трансформаторами тока . Любая неисправность, существующая в этой зоне защиты, рассматривается как внутренняя неисправность, а любая неисправность, существующая за пределами этой зоны защиты, является внешней неисправностью.

Следовательно, дифференциальная схема должна быть способна реагировать на самые маленькие внутренние неисправности, но ограничивать самые большие внешние неисправности.

На практике, этого трудно достичь — особенно при очень больших сквозных КЗ из-за неидеальности трансформаторов тока, используемых для измерения токов. Термин, используемый для обозначения способности системы справляться с этими недостатками, называется Устойчивость при отказе .

В современных IED (интеллектуальных электронных устройствах) ток в трансформаторах тока не контролирует напрямую рабочую катушку, которая отключает выключатели, поэтому подключение не такое, как показано в этом примере.На самом деле токи от трансформаторов тока просто вводятся в IED, где они дискретизируются и оцифровываются.

Дифференциальный режим затем выполняется программным обеспечением IED.

Базовая теория дифференциальной защиты трансформатора (ВИДЕО)

Ссылка // Принципы автоматизации подстанции Майкла Дж. Бергстрома

Схема дифференциальной защиты трансформатора для подключения защиты реле

SIPROTEC 4 7UT6 дифференциальной защиты трансформатора с высоким импедансом REF (I7) и измерением тока нейтрали на I8

Введение

Дифференциальная защита — это блочная защита для определенной зоны или части оборудования.Это основано на том факте, что только в случае внутренних неисправностей зоны, дифференциальный ток (разница между входным и выходным токами ) будет высоким .

Однако дифференциальный ток иногда может быть значительным даже без внутренней неисправности .

Это связано с определенными характеристиками трансформаторов тока , , , ( различных уровней насыщения, нелинейности ), измеряющих входной и выходной токи, и защищаемого силового трансформатора.

За исключением пускового тока и тока перевозбуждения, большинство других проблем могут быть решены с помощью дифференциального реле процента, которое добавляет к обычному дифференциальному реле две ограничительные катушки, питаемые током через зону, при правильном выборе. результирующей процентной дифференциальной характеристики и правильным подключением трансформаторов тока с каждой стороны силового трансформатора.

Дифференциальные защитные реле с ограничением удержания в процентах служат много лет. На рисунке 1 показана типовая схема подключения дифференциального реле. Дифференциальные элементы сравнивают рабочий ток с ограничивающим током.

Рабочий ток ( также называется дифференциальным током ), I _d , может быть получен из векторной суммы токов, входящих в защищаемый элемент:

Рисунок 1 — Простая схема подключения для дифференциальной защиты силового трансформатора

I _d пропорциональна току короткого замыкания для внутренних замыканий и приближается к нулю для любых других рабочих условий ( идеальный ).

Существуют различные варианты получения тока ограничения , I _RT . Наиболее распространены следующие:

Где k — коэффициент компенсации, обычно принимаемый как 1 или 0,5 .

Дифференциальное реле генерирует сигнал отключения , если дифференциальный ток, I _d , больше, чем процентное значение тока ограничения, I _RT :

Название:	Схема дифференциальной защиты трансформатора с алгоритмом обнаружения внутренних неисправностей с использованием логики ограничения второй гармоники и блокировки пятой гармоники — Уахди Дрис, Фараг.М. Эльмарейми и Рекана Фуад
Формат:	PDF
Размер:	259. Похожие записи 21.11.2024 0 Особенности питания кормящей мамы: что можно и нельзя есть при грудном вскармливании 19.11.2024 0 Новорожденный какает слизью: причины появления слизи в кале грудничка 19.11.2024 0 Гемангиома у новорожденных: причины, виды, лечение и профилактика Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт