Что такое дифференциальная обмотка генератора

Что такое линейный дифференциальный трансформатор

Переменный ток, текущий в одной первичной катушке, можно использовать для наведения переменного напряжения в двух вторичных катушках. Если две вторичные катушки идентичны по своим характеристикам, причем два пути магнитных силовых линий, проходящих через эти катушки, также идентичны, то два генерируемых вторичных напряжения будут равны. Прибор с такой структурой называется дифференциальным трансформатором.

Дифференциальный трансформатор может иметь воздушный сердечник или магнитный сердечник.

Две вторичные катушки можно соединить либо синфазно, либо противофазно, причем в первом случае их напряжения складываются одно с другим, а во втором случае вычитаются одно из другого.

Одна первичная катушка используется для возбуждения двух симметричных вторичных катушек, причем последние могут быть соединены так, чтобы вторичные напряжения суммировались одно с другим, или же так, чтобы они вычитались одно из другого.

Если две катушки соединены по схеме вычитания, то при одинаковых значениях их напряжений общее вторичное напряжение будет равно нулю. Если же характеристики магнитной цепи одной из этих катушек намеренно изменить по сравнению с характеристиками магнитной цепи другой катушки, то два вторичных напряжения будут различаться и их разность не будет равна нулю.

При этих условиях фаза суммарного вторичного напряжения указывает, какой путь магнитных силовых линий имеет большее магнитное сопротивление, тогда как амплитуда этого напряжения отражает значение разности магнитных сопротивлений.

Если и для увеличения магнитного сопротивления одного пути и для уменьшения магнитного сопротивления другого пути используется одно и то же воздействие, то выходное напряжение, отражающее это воздействие, достигает максимального значения, а передаточная функция будет обладать наибольшей возможной линейностью.

Поскольку никакие две вторичные катушки и никакие два пути магнитных силовых линий нельзя сделать совершенно одинаковыми, дифференциальный трансформатор всегда имеете на выходе некоторое напряжение даже при нулевом полезном сигнале на входе.

Кроме того, характеристики магнитных цепей нелинейны. В результате этой нелинейности появляются четные гармонические составляющие основной частоты приложенного первичного напряжения возбуждения, которые невозможно полностью скомпенсировать при любой схеме расположения вторичных катушек.

Магнитное сопротивление ферромагнитной цепи с воздушным зазором является функцией ширины зазора с сильно выраженной нелинейностью. Вследствие этого индуктивность катушки, намотанной вокруг такой цепи — также нелинейная функция ширины зазора.

В то же время, если имеются два более или менее идентичных пути магнитных силовых линий, каждый с воздушным зазором, и если ширина одного зазора увеличивается при уменьшении ширины другого, то разность магнитных сопротивлений этих путей может изменяться в достаточной степени линейно.

Основные принципы устройства дифференциального трансформатора на практике воплощаются в различные конкретные конструктивные конфигурации, предназначенные для множества различных целей.

Линейно-регулируемый дифференциальный трансформатор (LVDT, Linear Variable Differential Transformer) — это пассивный преобразователь (датчик), который работает по принципу взаимной индукции и может использоваться для измерения смещения, натяжения, давления и веса.

Чаще всего они использу ю тся для измерения смещения в диапазоне от нескольких миллиметров до сантиметров напрямую преобразу я смещение в электрический сигнал.

Индуктивность катушки, вблизи или внутри которой находится ферромагнитный стержень, является функцией координаты положения этого стержня по отношению к катушке с сильно выраженной нелинейностью.

Если же такой стержень представляет собой ферромагнитную цепь некоторого дифференциального трансформатора, то вторичное разностное напряжение может служить показателем перемещения стержня, зависящим в достаточной степени линейно от этого перемещения.

Первичная обмотка подключена к источнику переменного тока. Две вторичные обмотки S1 и S2 имеют равное количество витков и установлены последовательно друг против друга.

Таким образом, ЭДС, индуцированная в этих обмотках, не совпадают по фазе на 180° друг с другом, и, таким образом, общий эффект нивелируется.

Положение симметричного ферромагнитного сердечника, предусмотренного в конструкции дифференциального трансформатора, можно определить по фазе и амплитуде вторичного напряжения.

Абсолютная разность двух вторичных напряжений указывает абсолютную величину смещения стержня относительно центрального, или нулевого, положения, а фаза этого разностного напряжения указывает направление смещения.

Кривая ввода-вывода линейно-регулируемого дифференциального трансформатора показана на рисунке.

Пример использования линейного дифференциального трансформатора для обеспечения точной обратной связи по положению при мониторинге и управлении клапанами на химических заводах, электростанциях и сельскохозяйственном оборудовании:

Погружные датчики перемещения LVDT D5W:

Эти преобразователи предназначены для измерения смещения и положения. Они обеспечивают точное измерение положения якоря (скользящей части) относительно корпуса датчика перемещения.

Погружные преобразователи перемещений предназначены для выполнения измерений, когда они погружены в подходящие жидкости. Немагнитные жидкости могут заливать трубку якоря, не влияя на работу преобразователя. Такие преобразователи доступны в версиях с неуправляемым приводом или с пружинным возвратом.

При автоматизации различных технологических процессов часто используются двухсторонние преобразователи с дифференциальным трансформатором с ферромагнитным стержнем, который введен своими концами на одинаковые расстояния внутрь двух вторичных катушек.

При осевом движении стержня он вдвигается глубже в одну из этих катушек и выдвигается из другой. Абсолютная разность двух вторичных напряжений указывает абсолютную величину смещения стержня относительно центрального, или нулевого, положения, а фаза этого разностного напряжения указывает направление смещения.

Роторно-регулируемый дифференциальный трансформатор :

Роторно-регулируемый дифференциальный трансформатор — это пассивный преобразователь, работающий по принципу взаимной индукции. Он используется для измерения углового смещения.

Его конструкция аналогична линейно-регулируемого дифференциального трансформатора, за исключением конструкции сердечника.

Первичная обмотка подключена к источнику переменного тока. Две вторичные обмотки S1 и S2 имеют равное количество витков и установлены последовательно друг против друга.

Преимущества линейного дифференциального трансформатора:

Нет физического контакта между сердечником и катушками ;

Длительный срок эксплуатации.

Это наиболее широко используемый индуктивный датчик благодаря его высокой точности.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Что такое дифференциальная защита

В целях обеспечения безопасности электроустановок и оборудования выполняются различные действия, одним из которых является дифференциальная защита. Ее отличает быстрота действия и абсолютная селективность, то есть способность точно выявлять неисправные сети или установки и быстро отключать их от нормально функционирующих участков. Данные устройства защищают трансформаторы и генераторы, электродвигатели, сборные шины, линии электропередач.

1. Принцип действия
2. Продольная дифференциальная защита
3. Поперечная дифференциальная защита
4. Дифференциальная защита генератора

Принцип действия

Основной функцией дифференциальной защиты является предотвращение межфазных и коротких замыканий в электрической аппаратуре и системах с глухозаземленной нейтралью. Она считается разновидностью релейной защиты и работает путем сравнения токовых величин и направлений тока по сторонам объекта.

В основе работы дифференциальной защиты лежит сравнение фазных токов, которые протекают через защищаемый участок сети или проходят через защищаемую аппаратуру. Сила тока измеряется на концах участков с помощью двух трансформаторов тока, соединенных вторичными цепями с токовым реле. В результате, на обмотку реле поступает разница токов каждого из трансформаторов. Таким образом, дифференциальная защита — это система срабатывания, основанная на разнице токов.

В обычном режиме работы происходит вычитание одного значения тока из другого. Идеальным результатом считается нулевое значение тока в обмотке токового реле. Если же на защищаемом участке возникает короткое замыкание, на обмотку реле поступает не разница, а сумма токов. Под их воздействием контакты реле замыкаются, отдавая команду отключить поврежденный участок.

В реальных условиях эксплуатации ток, протекающий через обмотку реле, всегда будет отличаться от нуля. Он известен как ток небаланса, а его наличие зависит от ряда факторов.

• Во-первых, оба трансформатора не идентичны и различаются между собой техническими характеристиками. Для уменьшения влияния данного фактора, изготовление трансформаторов тока, участвующих в системе дифференциальной защиты, происходит попарно, с подгонкой между собой еще на стадии изготовления. В качестве дополнительной меры у измерительного трансформатора изменяется количество витков, подгоняемое под коэффициент трансформации защищаемого устройства.
• Другой причиной появления тока небаланса может стать возникновение намагничивающего тока в обмотках защищаемого трансформатора. При нормальном рабочем режиме значение этого тока может составлять 5% от номинала. Ток намагничивания в некоторых случаях в несколько раз превышает номинальное значение, особенно во время переключения трансформатора с холостого хода на нагрузку и при других переходных процессах. С учетом этого фактора, ток срабатывания в реле устанавливается выше максимального значения тока намагничивания.
• Ток небаланса иногда появляется из-за неодинакового соединения обмоток, установленных на первичной и вторичной сторонах защищаемого трансформаторного устройства. В таких случаях вектор тока вторичной цепи смещается по отношению к току первичной цепи на 30 градусов. Отрегулировать и компенсировать эту разницу путем подбора витков на трансформаторе, практически невозможно. Данная проблема решается соединением обмоток: на стороне треугольника – звездой, а на стороне звезды – треугольником.

Современные устройства дифференциальной защиты на микропроцессорах способны самостоятельно учитывать эту разницу. Соединение вторичных обмоток измерительных трансформаторов осуществляется на обоих концах способом звезда, о чем указывается в настройках защитного устройства.

Продольная дифференциальная защита

В состав релейной защиты входят различные устройства, обеспечивающие надежную и безопасную работу трансформаторов, оборудования, линий электропередачи. Одной из ее разновидностей является продольная дифференциальная защита, которая в обязательном порядке используется с трансформаторами мощностью 6300 кВа и выше. Ее основная функция заключается в предупреждении аварий и выхода из строя оборудования, причиной которых могут стать многофазные замыкания на выводах и внутри обмоток.

Продольный вид защиты устанавливается и на трансформаторах, работающих параллельно, при мощности каждого из них 4000 кВа и более. Трансформаторные устройства с небольшой мощностью, не превышающей 1000 кВа, также оборудуются защитой, если отсутствует газовая защита. При этом, максимальная токовая защита имеет большую выдержку по времени, а токовая отсечка обладает низкой степенью чувствительности.

Аварийное отключение трансформатора с помощью дифференциальной продольной защиты осуществляется практически мгновенно, сразу же после возникновения неисправности.

Поперечная дифференциальная защита

Поперечная защита, работает также по принципу сравнивания токовых значений. Однако в отличие от продольной системы, установка трансформаторов тока выполняется не на концах защищаемого участка, а на отдельных линиях, подключенных к одному источнику питания. Это могут быть, например, параллельные кабельные линии, отходящие от общего выключателя.

При внешнем коротком замыкании поперечная дифференциальная защита его не сможет определить, поскольку разница значений силы тока на этих линиях будет нулевой. Если же короткое замыкание произойдет на одной из защищаемых линий, в этом случае разница токов будет иметь определенное значение, необходимое для срабатывания защиты. С помощью данной системы в основном выполняется дифференциальная защита линии электропередачи, проложенной по воздуху. В случае аварии выбирается и отключается только поврежденная линия.

В конструкцию системы входит токовое реле, выполняющее пусковую функцию, и включающееся также, как и в продольной защите с участков направления мощности. Оно включается на разницу токов в защищаемых линиях и в соответствии с напряжением шин на подстанции. Подача оперативного тока осуществляется на реле защиты путем последовательного соединения вспомогательных контактов, установленных на защищаемых линиях. За счет этого защита автоматически выводится из действия, когда отключается хотя-бы одна из линий. Таким образом, исключается не селективное действие защиты в случае внешнего короткого замыкания.

Дифференциальная защита генератора

В электрической сети иногда могут возникнуть межфазные короткие замыкания на участке от оборудования до трансформатора тока. Для предупреждения подобных ситуаций применяется дифференциальная токовая защита устройств, в том числе и генераторов. В основном используются продольные системы, отличающиеся абсолютной селективностью. Они наиболее эффективны для генераторов, обладающих средней и высокой мощностью. В состав защиты входят дифференциальные реле в количестве трех единиц.

При наличии заземления нейтрали генератора обеспечивается дифференциальная защита от коротких замыканий на землю. Однофазные короткие замыкания предупреждаются с помощью чувствительной защитной системы, при которой выполняется сравнение токов нулевой последовательности. Данные токи протекают с обеих сторон обмоток статора.

Для того чтобы исключить неправильное действие защиты при внешнем коротком замыкании, выполняется блокировка дифференциальной защитной системы. В первую очередь это касается больших токов, при которых возникает насыщение трансформаторов тока. Блокировка производится, когда один из максимальных токов фаз превышает свое установленное заданное значение. Защитные устройства срабатывают в тех случаях, когда появляется напряжение с нулевой последовательностью и определенной величиной. Дополнительно происходит контроль над величиной угла между токами нулевой последовательности сторон в обмотках статора. За счет этого значительно повышается селективность в случае внешнего однофазного короткого замыкания.

В некоторых случаях допускается применение поперечной дифференциальной защиты генератора. Таким образом, предупреждаются витковые замыкания в обмотке статора, когда имеются параллельные ветви статорных обмоток и существует возможность для сравнения токов в ветвях всех фаз. Дифференциальная защита генератора устанавливается отдельно для каждой фазы, поэтому реакция на межвитковые замыкания касается только своей фазы.

Дифференциальная защита трансформатора

Дифференциальный автоматический выключатель

Что такое дифференциальный ток

Токовая защита нулевой последовательности

УЗО или дифференциальный автомат: что выбрать и как отличить

Маневровые локомотивы

Двухмашинные агрегаты — возбудители и вспомогательные генераторы

На всех тепловозах (кроме тепловоза ВМЭ1) двухмашинный агрегат совмещает в одной разъемной станине с общим валом две машины постоянного тока 1) вспомогательный генератор, вырабатывающий ток для заряда аккумуляторной батареи, питания цепей управления, обмотки возбуждения возбудителя, цепей освещения и вспомогательных нужд тепловоза при работающем дизеле; 2) возбудитель, питающий током обмотку независимого возбуждения тягового генератора. Основные технические данные возбудителей приведены в табл. 3 и 9, а вспомогательных генераторов — в табл. 2 и 10.

На тепловозах ТЭМ1 и ТЭМ2 установлен двухмашинный агрегат, состоящий из возбудителя МВТ-25/9 и вспомогательного генератора МВГ-25/11 (рис. 154). Это самовентилируемая машина защищенного исполнения. Вентилятор 8 центробежного типа, расположенный в середине агрегата, засасывает воздух со стороны коллекторов и выбрасывает его через отверстия сетки, закрывающей верхние вырезы в центральной части станины

Станины 12 возбудителя и вспомогательного генератора 6 изготовлены из стали с хорошей магнитной проницаемостью Между собой ста-

Рис 154 Двухмашинный агрегат тепловозов ТЭМ1 и ТЭМ2

і — вал ? 17 — капсюли подшипников 3, 16 — коллекторы 4, 14 — обмотки якорей 5 11 — сердечники якорей 6 — станина вспомогательного генератора 7 — обмотка возбуждения вспомогательного генератора 8 — вентилятор 9 — обмотка параллельная возоудителя 10 — обмотка дифференциальная 12 — станина возбудителя 13 — сердечник главного полюса возбудителя, 15 — щеткодержатель, 18 — шарикоподшипник нины стянуты болтами. Якоря 5 и 11 расположены на одном валу 1, который приводится во вращение от вала тягового генератора клино-ременной передачей. В станине 12 возбудителя установлены четыре главных полюса. Сердечники главных полюсов возбудителя и вспомогательного генератора набраны из штампованных стальных листов толщиной 2 мм, которые стянуты после опрессовки заклепками. Сердечники 13 полюсов возбудителя расщеплены по длине латунной прокладкой на две части. На сердечниках 13 намотаны катушки параллельной 9 и дифференциальной 10 обмоток. Катушка параллельной обмотки имеет 242 витка из медного провода диаметром 1,95 мм марки ПВО, а катушка дифференциальной ■- семь витков из медной шины сечением 2,63X47 мм. Все катушки соединены параллельно. Параллельная обмотка охватывает обе части полюса, а дифференциальная — только одну. Магнитные потоки параллельной и дифференциальной обмоток направлены встречно, поэтому поток под общей частью полюса определяется разностью этих потоков. Электродвижущая сила, индуктируемая результирующим потоком, суммируется ç э.д.с, индуктируемой магнитным потоком параллельной обмотки другой части полюса, и с увеличением тока генератора уменьшается Такая характеристика возбудителя обеспечивает гиперболическую внешнюю характеристику тягового генератора.

Якорь возбудителя состоит из сердечника 1/, обмотки 14 и коллектора 16 Сердечники 11 и 5 якорей набраны из штампованных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм. В середине сердечника 11 имеется магнитный экран из 26 латунных листов В сердечнике 11 вы-штамповано 45 пазов, в которые уложена волновая двухслойная обмотка 14 из прямоугольного изолированного провода марки ПБД сечением 1,16×6,9 мм. Обмотку удерживают в пазах гетинаксовые клинья, а лобовые части — бандажи из стальной проволоки.

Коллектор возбудителя арочного типа состоит из 135 пластин твер-дотянутой меди. Возбудитель имеет четыре щеткодержателя 15, установленных на изолированной траверсе, допускающей сдвиг щеткодержателей для установки их в нейтральное положение. В каждый щеткодержатель установлено по одной щетке марки ЭГ4 размером 12.5Х44Х Х40 мм. Нажатие на щетку должно составлять 1,0-1,1 кгс.

Вспомогательный генератор расположен в двухмашинном агрегате со стороны свободного конца вала. В его станине установлены шесть главных и шесть добавочных полюсов. Катушка параллельной обмотки 7 имеет 394 витка из провода диаметром 1,56 мм марки ПВО. Катушка добавочного полюса имеет 19 витков из голой меди сечением 0,8×30 мм, намотанной широкой плоскостью в два ряда. В листах сердечника 5 якоря выштампованы 46 пазов под обмотку якоря. В пазы уложена волновая двухслойная обмотка 4 из медного провода марки ПБД сечением 1,55X5,1 мм Обмотка укреплена в пазах проволочным бандажом из девяти витков проволоки диаметром 1,2 мм. Бандаж лобовых частей имеет 15 витков. Конструкция коллектора и щеткодержателей такая же, как и у возбудителя.

Двухмашинный агрегат тепловоза ЧМЭЗ состоит из возбудителя DT706-4 и вспомогательного генератора DT701-4 (рис. 155). Конструкция агрегата подобна конструкции двухмашинного агрегата тепловозов ТЭМ1 и ТЭМ2 и отличается в основном размерами и обмоточными данными. Многие узлы возбудителя DT706-4 й вспомогательного генератора DT701-4 унифицированы

Возбудитель DT706-4 представляет собой четырехполюсную машину постоянного тока независимого возбуждения. В его стальной станине 15 расположены четыре главных и четыре добавочных полюса. Сердечники главных полюсов набраны из лакированных стальных листов толщиной 1 мм и стянуты пятью заклепками между крайними листами

Рис. 155. Двухмашинный агрегат тепловоза ЧМЭЗ:

1 — люк вентиляционный; 2 — уплотнение лабиринтное; 3 — подшипник роликовый; 4 — штуцер масленки; 5 — щит подшипниковый; в-устройство токосъсмное, 7, 20 — люки коллекторные; * — щеткодержатель; 9, 17 — обмотки якорей; 10 — параллельная обмотка; 11 — независимая обмотка; 1І — нротивокомпаундная обмотка главного полюса ггчбудителя. п. 16- сердечники якорей; 14 — вентичятрр, 15 — стані,на; 18

кронштейн щетко-держаїеля; 19 — коллектор; 21 — подшипник роликовый; 22-.крышка подшипника; 33 — вал толщиной 5 мм. К станине сердечник прикреплен болтами Катушка главного полюса имеет обмотку 11 независимого возбуждения (600 витков из провода диаметром 0,9 мм), параллельную обмотку 10 (300 витков из провода диаметром 1,32 мм) и противокомпаундную обмотку 12 (15 витков из прямоугольной меди сечением 2,5X4,5 мм). По высоте обмотки разделены между собой прокладками из гетинакса. Сердечник добавочного полюса выстроган из стального листа и прикреплен к станине двумя болтами. Обмотка добавочного полюса выполнена из прямоугольного изолированного медного провода сечением 4X8 мм и имеет 17 витков.

Толщина внутренних листов сердечника 13 якоря 0,5 мм, а крайних 1 мм. В листах выштампованы 47 пазов для укладки обмотки 9 якоря и восемь вентиляционных отверстий диаметром 22 мм. Пакет стянут нажимными шайбами. Обмотка якоря волновая, выполнена из изолированных медных проводников сечением 2X8 мм, стянутых в катушку лентой из стеклоткани. Изоляция паза выполнена из прессшпана и миканита. В пазах обмотка закреплена текстолитовыми клиньями, а в лобовых частях — проволочными бандажами. Токосъемное устройство 6 установлено на несущих кольцах с ходовой посадкой на втулке подшипникового щита. Каждый из четырех кронштейнов имеет два щеткодержателя со щетками размером 25X16x40 мм. Нажатие на щетки должно быть 0,8 кгс.

Вспомогательный генератор ОТ701-4 по конструкции мало отличается от возбудителя, но имеет только независимое возбуждение. Катушка главного полюса имеет 800 витков из изолированного провода диаметром 1,25 мм, а катушка добавочного полюса — 22 витка из прямоугольного изолированного провода сечением 4X7 мм. Обмотка якоря из прямоугольного изолированного провода сечением ІХ9 мм уложена в 37 пазов сердечника 16. Восемь щеткодержателей (по два на каждом кронштейне) содержат восемь щеток размером 12,5X25x32 мм. Нажатие на щетки должно быть 0,6 кгс.

Двухмашинный агрегат типа 5518/12X4 тепловоза ЧМЭ2 состоит из дифференциального возбудителя и вспомогательного генератора. Обе машины четырехполюсные, защищенного исполнения с самовентиляцией. Конструкция машин аналогична рассмотренным выше. Обмотка якоря возбудителя двухслойная волновая, уложена в 25 пазах. Бандаж обмотки якоря выполнен из стальной струны. Коллектор из 75 пластин должен иметь биение рабочей поверхности не более 0,08 мм. Регулирование возбудителя, т. е. формирование его гиперболической внешней характеристики, осуществляется по такому же принципу, как и на тепловозах ТЭМ1 и ТЭМ2. Обмотки возбуждения выполняются из медного провода, оплетенного стеклолентой, приклеенной к проводнику.

Вспомогательный генератор конструктивно мало отличается от возбудителя. Параллельная обмотка вспомогательного генератора получает питание через вибрационный регулятор возбуждения. Четыре щеткодержателя приклеены к ступице подшипникового щита, и в каждом из них установлены две щетки размером 8X20X30 мм. Нажатие на щетки 0 29-0,32 кгс. Катушки главных и добавочных полюсов изготовлены из медного провода со стеклотканевой изоляцией.

Па тепловозах с гидравлической передачей ТГМЗ, ТГМЗА, ТГМЗБ и ТГМ4 установлен двухмашинный агрегат тепловоза ТЭЗ. Вспомогательный генератор ВГТ-275/150 этого агрегата так же, как и на тепловозах с электрической передачей, питает электрические цепи и заряжает аккумуляторную батарею. Возбудитель ВТ275/120 использован в качестве генератора для питания электродвигателя вентилятора холодильника. При этом обмотки возбудителя — регулировочную и ограничения — тока не используют. Мощность генератора ВГТ-275/150 при 1800 об/мин составляет 13,8 кВт. Конструкция этого двухмашинного агрегата достаточно подробно описана в литературе по магистральным тепловозам ТЭЗ.

Возбудитель и вспомогательный генератор тепловоза ВМЭ1 в отличие от других тепловозов имеют не однокорпусное исполнение и представляют отдельные четырехполюсные машины постоянного тока: возбудитель типа ЕОН41И40 и вспомогательный генератор типа ЕОН41Р4. На тепловозах ВМЭ1 до № 137 был установлен вспомогательный генератор ЕОН41, а в качестве возбудителя — двухмашинный агрегат, состоящий из генератора ЗЕС85/4 и тахогенератора иЫс7,3. На тепловозах ВМЭ1 № 67 и 68 в качестве возбудителя и вспомогательного генератора были установлены две одинаковые машины типа ЕЭН41Р4С

Магнитный поток возбудителя создается тремя обмотками возбуждения: обмоткой самовозбуждения (параллельной), обмоткой независимого возбуждения и дифференциальной обмоткой. Обмотка независимого возбуждения получает питание от цепи управления, а ток в ней регулируют резистором, сопротивление которого зависит от положения рукоятки контроллера машиниста. Дифференциальная обмотка создает встречный магнитный поток и включена параллельно обмоткам добавочных полюсов и компенсационной тягового генератора. Ток в этой обмотке пропорционален току силовой цепи. С увеличением тока в силовой цепи результирующий магнитный поток возбудителя уменьшается, и наоборот. Таким образом, возбудитель обеспечивает на зажимах независимой обмотки генератора такое напряжение, при котором внешняя характеристика генератора приближается к гиперболической. Вспомогательный генератор ЕОН4Ш4 представляет собой четырехполюсную машину нормального исполнения с параллельной обмоткой возбуждения и установлен в шахте холодильника, привод — от распределительного редуктора.

Однокорпусные генераторы, выполняющие те же функции, что и описанные выше вспомогательные генераторы, установлены и на тепловозах с гидравлической передачей: на ТГМ6А — генератор КГ-12,5 (см. табл. 3), а на ТГМ1 и ТГМ23 — генератор Г-732 с реле-регулятором РРТ-32. Генератор Г-732 представляет собой четырехполюсную машину постоянного тока закрытого исполнения с параллельным возбуждением и внешним обдувом собственным вентилятором. Генератор установлен на дизеле и закреплен стяжными лентами. Привод генератора с передаточным отношением 1 : 1,75 получает вращение от вала дизеля через упругую муфту.

Особенности дифференциальной защиты силового оборудования

Дифференциальная токовая защита является одним из типов релейной защиты, которая характеризуется высокой эффективностью, а также имеет сравнительно неплохие показатели скорости срабатывания. Применяется она как для силового оборудования (двигателей, трансформаторов, генераторов и секций шин), так и в последнее время чаще стала широко использоваться для защиты бытовых объектов от фазных замыканий. Это стало возможно, за счёт специальных компактных устройств похожих по конструкции на обычный автоматический выключатель.

Однако некоторое силовое оборудование просто обязано, согласно правилам электроснабжения, быть оборудовано быстродействующей дифференциальной релейной защитой. Среди разновидностей ДФЗ различают два основных её типа:

1. продольная;
2. поперечная.

Для того чтобы понять нужна ли дифференциально фазная защита для конкретного электрооборудования и как её выполнить, нужно понять принцип её работы, а также разобраться в нюансах по установке.

Принцип действия дифференциальной защиты

Действие данной защиты базируется на сравнивании токов, которые приходят в участок нуждающийся в защите, и выходят из него. Для такого сравнения величины силы тока применяются трансформаторы тока, так как только за счёт них есть возможность измерять большие его величины. Лучше всего это видно на примере простейшей схемы, приведённой ниже.

В схеме трансформаторы тока обозначены ТА1 и ТА2. Вторичные цепи их соединяются с реле тока КА. Таким образом, получается, что обмотка главного реле защиты получает разницу токовых значений от двух трансформаторов, и при нормальном рабочем процессе она будет равна нулевому значению, а значит реле КА останется не втянутым. Однако если в цепи, которая защищается, происходит межфазное короткое замыкание (к. з.), то на обмотку реле поступит уже значение равное сумме нескольких токов, это и приведёт в движение подвижную часть электромеханического реле, которая, в свою очередь, замкнёт контакты и подаст сигнал на отключение оборудования от источника электрической энергии. Однако это всё в теории, а в практике всегда через катушку реле будет протекать некий небольшой ток небаланса, который при расчёте катушки необходимо учесть.

Вот несколько причин возникновения этого отрицательного явления:

• ТТ (трансформаторы тока) могут иметь характеристики значительно отличающие их друг от друга. Чтобы снизить эти показатели применяются более точные трансформаторы, изготовленные попарно специально для этого вида защиты;
• За счёт тока намагничивания, возникающего в обмотке защищаемого трансформатора в момент его включения из режима холостого хода, в рабочий режим с наличием нагрузки. Для того чтоб избежать ложного срабатывания реле КА нужно подобрать ток срабатывания реле побольше чем, самое большое значение тока намагничивания, которые может произвести защищаемый объект, в данном случае трансформатор;
• За счёт различного соединения обмоток (звезда-треугольник и наоборот). Для этого нужно выбрать число витков трансформаторов тока, участвующих в дифзащите, таким образом, чтобы они компенсировали эти неблагоприятные величины.

Ток небаланса в дифференциальной защите, возникающий при эксплуатации — это отрицательное явление, с которым нужно бороться и которое нужно обязательно учесть при расчёте данного защитного электрооборудования.

Дифференциальная защита шин (ДЗШ)

Шины и шинные сборки являются ключевым надёжным токоведущим элементом электроустановки, соединяющим источник напряжения с распределительным устройством или же самим действующим агрегатом. Он отличается высокой нагрузочной способностью и возможностью визуального контроля за состоянием изоляторов. При этом многие знают что нужно выполнять схемы, защищающие электрооборудование, а шины при этом очень часто остаются не защищёнными.

Основные виды повреждений шин:

1. Неправильные или ошибочные манипуляции обслуживающего персонала с переключениями шинных разъединителей;
2. Фазное перекрытие или же короткое замыкание на землю из-за ухудшения изоляции посредством загрязнения изоляторов;
3. Пробой при атмосферных агрессивных явлениях (гроза, молния);
4. Неполадки изоляторов разъединителей с обеих сторон.

Для защиты шин используется в основном дифференциальная токовая защита. Принцип её действия аналогичен, и основан на сопоставлении токов в присоединениях защищаемых шин. Когда шины находятся в нормальном рабочем состоянии в катушке реле дифференциальной защиты протекает только лишь ток небаланса, который не приводит в действие подвижный механизм реле. Во время фазного замыкания о реле защиты получит ток, величина которого будет равна сумме всех токов, питающих присоединение, где произошел пробой.

Основные преимущества такой защиты это:

1. Высокая скорость срабатывания;
2. Отличная селективность;
3. Сравнительно несложная реализация.

Недостаток здесь один — это ложное срабатывание, возможное чаще всего, при обрыве монтажных (соединительных) проводов, который может возникнуть вследствие различных причин как электрических, так и механических. Для того чтобы максимально уменьшить вероятность ложного срабатывания необходимо ток срабатывания ДЗШ подбирать немного больше, чем рабочий ток самого мощного присоединения.
Зона действия данной защиты ограничивается непосредственно промежутком где установлены ТТ, её срабатывание направлено на отключение от напряжения всех питающих присоединений. Для ручного контроля за током небаланса, на панели управления, устанавливается миллиамперметр и обслуживающий персонал обязан проверять его, нажав на соответствующую кнопку. Это действие персонал обязан производить один раз в смену, с записью в оперативный журнал.

Дифференциальная защита ошиновки выводится с работы в следующих случаях:

1. Появление звукового или светового сигнала о неисправности токовых цепей или увеличение тока небаланса;
2. Если произошло новое подключение, токовые цепи которого не присоединены к системе защиты, а также не были правильно сфазированы;
3. При плановой проверке данной защиты.

Продольная дифференциальная защита генератора

Для защиты различных генераторов от многофазных к. з. продольная дифференциальная защита получила наиболее широкое использование. Она подключается так же как и предыдущая к ТТ, только вот устанавливаются они со стороны нулевой точки генератора, а также со стороны выводов. Зона её действия это:

• обмотки электрической машины;
• вывода статора;
• шины или кабеля, которые проложены до распределительного устройства.

Ток срабатывания такой защиты устанавливается по условию настройки тока небаланса, проходящего в реле дифференциальной защиты при внешних к. з.
Приведена схема защиты генератора повышенной чувствительности, с применением самых надёжных для этого случая реле РНТ.

Ток срабатывания такой схемы выставляется по двум условиям:

1. Настройка реально существующего тока небаланса;
2. Настройка тока, который будет проходить при обрыве монтажных проводов.

Поперечная дифференциальная защита генератора

Данная защита выполняется чтобы защитить от виковых замыканий, которые могут возникнуть непосредственно в обмотке статора, и, конечно же, если есть параллельные ветви статорных обмоток. Это возможно, за счёт сравнения величин токов этих ветвей по каждой из фаз. Поперечная дифзащита выполняется таким образом, чтобы для каждой из фаз она была организована отделено, то есть будет реагировать на межвитковые замыкания только в одной из фаз.

Ток, при котором, катушка поперечной дифзащиты втянется, отстраивается по максимальному току небаланса, который может протекать в реле при различных внешних коротких замыканиях, и принимается равным:

Рекомендовано при наладке системы дифзащиты производить более точный подсчет уставки с учетом абсолютно всех реально протекающих токов небаланса, а не расчётных. Как показывает навыки в процессе эксплуатации, на турбогенераторах они сравнительно невелики, и ток их срабатывания не требует дополнительных регулировок и подстроек. На гидрогенераторах, наоборот, величины этих нежелательных токов велики, потому приходится существенно загрублять настройки реле этой поперечной защиты, что иногда понижает ее сверхэффективность.

В итоге хотелось бы отметить, что расчётом и настройкой этих защит должны заниматься только профессионалы, имеющие опыт работы в данной сфере, чаще всего это инженеры электротехнических проектно-конструкторских бюро. Дифференциально фазная защита в быту тоже очень эффективна и выполнить её на основе компактных устройств, продающихся в специализированных магазинах, сможет даже начинающий электромонтёр, сложностей по подключению там возникнуть не должно. Главное, соблюдать элементарные правила электробезопасности.

Видео дифференциальная защита

10-2. Продольная дифференциальная защита

Основной защитой генераторов от многофазных коротких замыканий в обмотке статора является продольная дифференциальная защита. Эта защита подключается к трансформаторам тока, установленным со стороны выводов и со стороны нулевой точки генератора; в зону ее действия входят обмотки, выводы статора и кабели или шины до распределительного устройства генераторного напряжения.

На электростанциях без обслуживающего персонала, где продольная дифференциальная защита при срабатывании автоматически пускает воду в генератор, она подключается к трансформаторам тока так, чтобы в зону ее действия входили лишь обмотка и выводы статора.

В настоящее время на генераторах, работающих на шины генераторного напряжения, применяются главным образом две схемы продольной дифференциальной защиты (рис. 10-1). В первой из них, которая применяется на генераторах мощностью меньше 30 МВт, используются два токовых реле и четыре трансформатора тока (рис. 10-1, а). Недостатком этой схемы защиты является то, что она не будет срабатывать при двойном замыкании на землю (одно в сети, другое в обмотке статора), если в генераторе замкнется на землю фаза статора, в которой отсутствуют трансформаторы тока защиты.

Для отключения генератора в этом случае предусматривается дополнительное токовое реле в схеме защиты от замыканий на землю, действующее без выдержки времени на отключение (см. ниже). Поэтому продольная дифференциальная защита может быть выполнена в двух фазах лишь на тех генераторах, которые имеют защиту от замыканий на землю, действующую на отключение и обеспечивающую отключение генератора без выдержки времени при двойных замыканиях на землю.

Если генератор не имеет защиты от замыканий на землю, действующей на отключение, продольная дифференциальная защита должна устанавливаться в трех фазах (рис. 10-1, б). Для повышения надежности защиты генераторов мощностью выше 30 МВт продольная дифференциальная защита на них выполняется, как правило, в трехфазном исполнении независимо от наличия защиты от замыканий на землю, действующей на отключение.

Ток срабатывания продольной дифференциальной защиты выбирается по условию отстройки оттока небаланса, проходящего в реле при внешних коротких замыканиях:

где —коэффициент надежности, равный 1,3; I_{нб.расч} — расчетный ток небаланса, определяемый согласно следующему выражению:

где — коэффициент апериодичности, учитывающий дополнительную погрешность трансформаторов тока в переходном процессе и принимаемый равным 1,0 для защиты с реле РНТ-565 и 1,5—2 для защиты с реле РТ-40 или с реле прямого действия РТМ; — коэффициент однотипности трансформаторов тока, принимаемый равным 0,5; f_i — относительная величина погрешности трансформаторов тока, равная 0,1; I_{к.з.макс} — периодическая составляющая тока (при t = 0), который проходит по трансформаторам тока защиты при внешнем металлическом коротком замыкании на шинах генераторного напряжения.

Чтобы уменьшить токи небаланса, проходящие в реле при внешних коротких замыканиях, для продольной дифференциальной защиты подбираются трансформаторы тока, имеющие одинаковые характеристики намагничивания. При расчете по формуле (10-3) это учитывается коэффициентом однотипности.

С этой же целью рекомендуется выравнивать сопротивления плеч дифференциальной защиты подбором соответствующих сечений жил соединительных кабелей и включать последовательно с токовыми реле добавочные сопротивления 5—10 Ом (рис. 10-1, а).

Для уменьшения тока небаланса; и повышения чувствительности дифференциальной защиты наиболее целесообразно использовать в схеме реле с насыщающимися трансформаторами (рис. 10-1, б). Как показывает опыт эксплуатации, продольная дифференциальная защита с реле РНТ более надежна, чем защита с простыми токовыми реле.

Ток срабатывания продольной дифференциальной защиты на турбогенераторах мощностью 60 МВт и более, а также на гидрогенераторах мощностью свыше 5 МВт выбирается согласно выражению (10-2) и, как правило, бывает меньше номинального тока генератора (0,5 — 1) I_HOM. На генераторах меньшей мощности рекомендуется принимать ток срабатывания выше номинального тока генератора (1,3—1,4) I_HOM. При такой уставке срабатывания дифференциальная защита, как правило, бывает надежно отстроена от тока небаланса, и вместе с тем предотвращается ее ложное срабатывание в нормальном режиме в случае обрыва соединительных проводов или неисправности одного из трансформаторов тока.

Для сигнализации обрыва соединительных проводов дифференциальной защиты в нулевой провод токовых цепей включается токовое реле Т_о (рис. 10-1, б), ток срабатывания которого устанавливается равным 20—30% I_HOM.

В некоторых случаях на генераторах применяют дифференциальную защиту со специальной схемой включения обмоток реле РНТ-565, обеспечивающую повышенную чувствительность к многофазным коротким замыканиям и вместе с тем не срабатывающую при обрыве соединительного провода.

В этой схеме, приведенной на рис. 10-2, используются две обмотки реле РНТ-565, одна из которых, дифференциальная, включается на разность токов трансформаторов тока одноименных фаз, а вторая, уравнительная, включается в нулевой провод дифференциальной схемы с встречной полярностью.

Ток срабатывания реле в рассматриваемой схеме продольной дифференциальной защиты выбирается по двум условиям: отстройки от тока небаланса согласно (10-2), а также по условию отстройки от тока, который будет проходить в реле при обрыве соединительных проводов, согласно следующему выражению:

Обычно определяющим является условие (10-4). Число витков дифференциальной и уравнительной обмоток реле PHT-565 принимается равным:

При обрыве соединительного провода от одного из трансформаторов тока ток будет проходить по дифференциальной обмотке одного из реле и, замыкаясь через нулевой провод, по уравнительным обмоткам всех трех реле. Рассмотрим, как будет вести себя при этом каждое реле, если вторичный ток в плече дифференциальной защиты равен I_ном. Реле фазы, соединительный провод которой оборван, будет находиться под действием разности намагничивающих сил, создаваемых дифференциальной и уравнительной обмотками реле:

Подставляя значения из (10-5), (10-6) и I_с.з из (10-4), получаем следующее выражение:

В реле двух других фаз, где несбалансированный ток проходит только по уравнительным обмоткам, включенным в нулевой провод,

Поскольку намагничивающие силы во всех трех реле меньше величины, при которой реле срабатывает (100 А), ни одно из реле не подействует ложно при обрыве соединительного провода.

При многофазных коротких замыканиях в зоне действия защиты по уравнительным обмоткам ток проходить не будет, и реле сработает под действием магнитного потока, создаваемого дифференциальной обмоткой.

Поскольку ток срабатывания рассматриваемой дифференциальной защиты, определенный согласно (10-4), в 2 раза меньше, чем у защиты, выполненной по обычной схеме (рис. 10-1) при условии отстройки уставки ее срабатывания от номинального тока генератора, схема на рис. 10-2 будет в 2 раза чувствительнее при междуфазных коротких замыканиях в статоре генератора, когда по уравнительным обмоткам ток не проходит.

При двойных замыканиях на землю, одно из которых находится в зоне защиты, а другое в сети, защита загрубляется, так как ток повреждения проходит по обеим обмоткам: дифференциальной и уравнительной. Ток срабатывания защиты при этом виде повреждения определяется следующим выражением:

В этом случае рассматриваемая защита равночувствительна с защитой, выполненной по обычной схеме (рис. 10-1), при условии отстройки уставки ее срабатывания от номинального тока генератора.

Для надежной отстройки реле РНТ от токов небаланса в переходном режиме при внешних коротких замыканиях на короткозамкнутой обмотке реле РНТ-565 устанавливаются отпайки А—А, а на реле РНТ-565 сопротивление, подключенное к короткозамкнутой обмотке, принимается равным 10 Ом.

Продольная дифференциальная защита генератора во всех случаях должна обеспечивать коэффициент чувствительности больше двух при коротких замыканиях на выводах генератора:

где I_к.з.мин — периодическая составляющая тока короткого замыкания для t = 0 при металлическом двухфазном коротком замыкании на выводах генератора.

Расчетный ток короткого замыкания определяется для двух режимов: повреждение одиночно работающего генератора, когда ток к месту повреждения подходит только от генератора, и повреждение генератора, включаемого методом самосинхронизации, когда ток к месту короткого замыкания подходит только от сети. В формулу (10-12) подставляется меньшее значение тока короткого замыкания, определенное для этих двух расчетных режимов.

Как работает дифференциальная защита? Схемы, принцип действия, реле

Дифференциальная защита — одна из самых быстродействующих. Для нее не требуется выдержки по времени, так как при возникновении прецедента для срабатывания уже точно известно, что короткое замыкание находится в контролируемой зоне. Дифференциальная защита имеет абсолютную селективность и действует на отключение без выдержки времени.

1. Дифференциальная защита используется
2. Принцип работы дифференциальной защиты
3. Дифференциальная защита на реле РНТ
4. Дифференциальная защита на реле ДЗТ
5. Микропроцессорные терминалы диф защиты

Дифференциальная защита используется

1. силовых трансформаторов (о диф защите трансформаторов можно почитать тут);
2. генераторов;
3. сборных шин;
4. кабельных линий;
5. воздушных линий.

Из-за надежности и быстродействия она является одной из основных для вышеперечисленных устройств.

Интересное видео о работе дифференциальной защиты трансформатора смотрите в видео ниже:

Принцип работы дифференциальной защиты

Основа принципа действия любой дифзащиты – контроль токов в начале и конце защищаемого участка электрической цепи. Для этого используются трансформаторы тока. При их расположении в пределах одного распределительного устройства они подключаются к устройству защиты напрямую с помощью кабелей. Если границы защищаемого участка расположены на большом удалении друг от друга, что характерно для кабельных или воздушных линий, используется два полукомплекта защиты, соединенные между собой вспомогательной кабельной линией.

Если эти токи в начале и конце защищаемого участка равны между собой и направлены в одну сторону, срабатывания не происходит. Так получается при протекании номинальных токов нагрузки или при коротком замыкании вне защищаемой зоны (токов внешнего КЗ).

Но если повреждение произошло в зоне, контролируемой защитой, мощность электрической сети протекает в точку КЗ. При одностороннем питании (для трансформаторов или генераторов) от источника в сторону защищаемого электроаппарата протекает больший ток, чем отдается им потребителю. При двухстороннем (на кабельной или воздушной линии, соединяющей между собой сети с независимыми источниками питания) токи на обоих концах линии сориентированы на точку повреждения.

Создается повод для работы защиты, которая дает команду на отключение объекта одновременно со всех сторон.

В зависимости от особенностей защищаемого объекта для реализации устройств выбираются соответствующие дифференциальные реле. Рассмотрим их особенности.

Подробно о принципе действия диф. защиты смотрите в видео:

Дифференциальная защита на реле РНТ

Реле состоит из двух элементов, объединенных в один корпус. Это быстронасыщающийся трансформатор, имеющий три стержня с обмотками, и выходное токовое реле, являющееся исполнительным органом.

Реле подключено к выводам вторичной обмотки, расположенной на крайнем стержне трансформатора. Две, а иногда и три первичные обмотки, располагаются на среднем стержне и связаны с трансформаторами тока. Имеются еще и дополнительные короткозамкнутые обмотки, предназначенные для гашения апериодической составляющей.

Настройка реле осуществляется переключением количества витков первичных обмоток, чтобы добиться равенства магнитных потоков в магнитопроводе. Также изменением сопротивлений резисторов в выходной и компенсирующей цепях выставляются требуемое торможение при переходных процессах, а также ток срабатывания выходного реле.

РНТ используется в основном для работы в составе РЗА силовых трансформаторов. В первый момент включения в сеть в их сердечнике возникают мощные намагничивающие токи. Они быстро затухают, но при этом создается прецедент для работы защиты: ведь мощность на намагничивание потребляется от источника и остается в трансформаторе.

Устройство РНТ позволяет отстроиться от намагничивающих токов. При резком броске тока сердечник трансформатора быстро намагничивается и реле перестает реагировать на подобное возмущение.

Но при этом при мощных сквозных КЗ реле может ложно сработать из-за токов небаланса. Этого недостатка лишено реле ДЗТ.

Полезное учебное пособие о расчету дифференциальной защиты для трансформаторов можно посмотреть и скачать по ссылке. (размер — 5.5Мб). Автор М.А. Александров — Санкт-Петербург, ПЭИПК.

Дифференциальная защита на реле ДЗТ

Внешне реле ДЗТ почти не отличается от РНТ. Но состав обмоток и их назначение меняется. Магнитопровод также имеет три стержня. Первичные обмотки находятся, как и у РНТ, на среднем стержне. А вот вторичная обмотка размещена одновременно на двух крайних, там же находится еще одна, выполняющая функцию тормозной.

Если КЗ произошло в зоне защиты, тока в тормозной обмотке реле нет, происходит его срабатывание. Если повреждение находится вне защищаемого участка, через трансформаторы протекает большой сквозной ток. Часть его поступает в тормозную обмотку, компенсируя в магнитопроводе потоки от обмоток на среднем его стержне.

В итоге во вторичной обмотке результирующий ток равен нулю. Защита не срабатывает.

Реле с успехом используется для защиты на линиях электропередач, но для силовых трансформаторов его использовать нежелательно. Имея лучшую отстройку от сквозных токов короткого замыкания, оно хуже отстраивается от токов намагничивания.

Ещё одно интересное видео о принципе работы диф. защиты шин:

Микропроцессорные терминалы диф защиты

Все рассмотренные выше реле относятся к электромеханическим. Их производство начато давно. Несмотря на высокую надежность, они уже морально устарели. А знаниями и навыками, необходимыми для их наладки и проверки обладают далеко не все релейщики.

Перспектива развития дифференциальной защиты подразумевает замену электромеханической техники на микропроцессорные терминалы защит, выпускаемые ведущими электротехническими фирмами: АВВ, Schneider Electric, Siprotec и другими.