En el artículo aprenderá qué es la protección diferencial, cómo funciona, qué cualidades positivas tiene. También se hablará de cuáles son las carencias de la protección diferencial de líneas eléctricas. También aprenderá esquemas prácticos para proteger dispositivos y líneas eléctricas.
El tipo de protección diferencial actualmente se considera el más común y rápido. Es capaz de proteger el sistema de cortocircuitos de fase a fase. Y en aquellos sistemas que utilizan un neutro sólidamente conectado a tierra, puede prevenir fácilmente la ocurrencia de cortocircuitos monofásicos. El tipo de protección diferencial se utiliza para proteger líneas eléctricas, motores de alta potencia, transformadores, generadores.
Hay dos tipos de protección diferencial en total:
- Con tensiones equilibrándose entre sí.
- Con corriente circulante.
Este artículoambos tipos de protección diferencial se consideran para aprender tanto como sea posible sobre ellos.
Protección diferencial mediante corrientes circulantes
El principio es que las corrientes se comparan. Y para ser más precisos, hay una comparación de parámetros al principio del elemento, cuya protección se lleva a cabo, así como al final. Este esquema se utiliza en la implementación del tipo longitudinal y transversal. Los primeros se utilizan para garantizar la seguridad de una sola línea eléctrica, motores eléctricos, transformadores, generadores. La protección de línea diferencial longitudinal es muy común en la industria eléctrica moderna. El segundo tipo de protección diferencial se utiliza cuando se utilizan líneas eléctricas que funcionan en paralelo.
Protección diferencial longitudinal de líneas y dispositivos
Para implementar una protección de tipo longitudinal, es necesario instalar los mismos transformadores de corriente en ambos extremos. Sus devanados secundarios deben conectarse entre sí en serie con la ayuda de cables eléctricos adicionales que deben conectarse a relés de corriente. Además, estos relés de corriente deben conectarse a los devanados secundarios en paralelo. En condiciones normales, así como en presencia de un cortocircuito externo, en ambos devanados primarios de los transformadores fluirá la misma corriente, la cual será igual tanto en fase como en magnitud. Un valor ligeramente menor fluirá a través del devanado de corriente electromagnética del relé. Puedes calcularlo usando una fórmula simple:
Ir=I1-I2.
Suponga que las dependencias actuales de los transformadores coincidirán completamente. Por lo tanto, la mencionada diferencia en los valores actuales es cercana o igual a cero. En otras palabras, Ir=0 y la protección no funciona en este momento. El cableado auxiliar que conecta los devanados secundarios de los transformadores hace circular la corriente.
Esquema de protección diferencial de tipo longitudinal
Este circuito de protección diferencial permite obtener valores iguales de corrientes que circulan por el circuito secundario de los transformadores. Con base en esto, podemos concluir que este esquema de protección fue nombrado así por el principio de funcionamiento. En este caso, el área que se encuentra directamente entre los transformadores de corriente cae dentro de la zona de protección. En el caso de que exista un cortocircuito, en la zona de protección, cuando se alimenta desde un lado del transformador, la corriente I1 circula por el devanado del relé electromagnético. Se envía al circuito secundario del transformador, que se instala al otro lado de la línea. Es necesario prestar atención al hecho de que existe una resistencia muy alta en el devanado secundario. Por lo tanto, casi no fluye corriente a través de él. De acuerdo con este principio, funciona la protección diferencial de neumáticos, generadores, transformadores. En el caso de que I1 resulte igual o mayor que Ir, la protección entra en funcionamiento abriendo el grupo de contacto de los interruptores.
Protección contra cortocircuitos y circuitos
En caso de cortocircuito dentro del área protegida, amboslados, fluye una corriente a través del relé electromagnético, igual a la suma de las corrientes de cada devanado. En este caso, la protección también se activa abriendo los contactos de los interruptores. Todos los ejemplos anteriores asumen que todos los parámetros técnicos de los transformadores son exactamente iguales. Por lo tanto, Ir=0. Pero estas son condiciones ideales, en realidad, debido a pequeñas diferencias en el rendimiento de los sistemas magnéticos de corrientes primarias, los aparatos eléctricos difieren significativamente entre sí, incluso del mismo tipo. Si hay diferencias en las características de los transformadores de corriente (cuando se implementa la protección de fase diferencial de la estructura), las corrientes de los circuitos secundarios serán diferentes, incluso si los primarios son absolutamente iguales. Ahora debemos considerar cómo funciona el circuito de protección diferencial en caso de un cortocircuito externo en la línea de alimentación.
Cortocircuito externo
En presencia de un cortocircuito externo, fluirá una corriente de desequilibrio a través del relé electromagnético de protección diferencial. Su valor depende directamente de qué corriente pasa a través del circuito primario del transformador. En el modo de carga normal, su valor es pequeño, pero en presencia de un cortocircuito externo, comienza a aumentar. Su valor también depende del tiempo transcurrido desde el inicio de la f alta. Además, debe alcanzar su valor máximo en los primeros períodos posteriores al inicio de la veda. Fue en este momento que todo el cortocircuito I fluye a través de los circuitos primarios de los transformadores.
También vale la pena señalar que, al principio, el cortocircuito consta de dos tipos de corriente: continua y alterna. también se les llamaComponentes aperiódicos y periódicos. El dispositivo de protección diferencial es tal que la presencia de una componente aperiódica en la corriente debe provocar siempre una saturación excesiva del sistema magnético del transformador. En consecuencia, la diferencia de potencial de desequilibrio aumenta bruscamente. A medida que la corriente de cortocircuito comienza a disminuir, el valor de desequilibrio del sistema también disminuye. De acuerdo con este principio, se lleva a cabo la protección diferencial del transformador.
Sensibilidad de las estructuras protectoras
Todos los tipos de protección diferencial son de acción rápida. Y no funcionan en presencia de cortocircuitos externos, por lo que es necesario elegir relés electromagnéticos, teniendo en cuenta la máxima corriente de desequilibrio posible en el sistema en presencia de un cortocircuito externo. Vale la pena prestar atención al hecho de que este tipo de protección tiene una sensibilidad extremadamente baja. Para aumentarlo, debes cumplir muchas condiciones. En primer lugar, es necesario utilizar transformadores de corriente que no saturen los circuitos magnéticos en el momento en que circula corriente por el circuito primario (independientemente de su valor). En segundo lugar, es deseable utilizar aparatos eléctricos del tipo de saturación rápida. Deben conectarse a los devanados secundarios de los elementos a proteger. Un relé electromagnético está conectado a un transformador de saturación rápida (la protección diferencial de corriente se vuelve lo más confiable posible) en paralelo con su devanado secundario. Así funciona la protección diferencial de generadores o transformadores.
Aumentar la sensibilidad
Suponga que se ha producido un cortocircuito externo. En este caso, una cierta corriente fluye a través de los circuitos primarios de los transformadores de protección, que consisten en componentes aperiódicos y periódicos. Los mismos "componentes" están presentes en la corriente de desequilibrio que fluye a través del devanado primario de un transformador de saturación rápida. En este caso, el componente aperiódico de la corriente satura significativamente el núcleo. Por lo tanto, no se produce la transformación de la corriente en el circuito secundario. Con la atenuación del componente aperiódico, se produce una disminución significativa en la saturación del circuito magnético y, gradualmente, comienza a aparecer un cierto valor de corriente en el circuito secundario. Pero el nivel máximo de corriente de desequilibrio será mucho menor que en ausencia de un transformador de saturación rápida. Por lo tanto, puede aumentar la sensibilidad configurando el valor de corriente de protección menor o igual que el valor máximo de la diferencia de potencial de desequilibrio.
Cualidades positivas de la protección diferencial
Durante los primeros períodos, el circuito magnético se satura muy fuertemente, la transformación prácticamente no ocurre. Pero después de que el componente aperiódico decae, la parte periódica comienza a transformarse en el circuito secundario. Vale la pena prestar atención al hecho de que es muy importante. Por lo tanto, el relé electromagnético opera y apaga el circuito protegido. Un nivel muy bajo de transformación durante el primer período y medio de tiempo aproximadamente ralentiza la acción del circuito de protección. Pero esto no juega un papel importante en la construcción de circuitos prácticos de protección de circuitos.
La protección diferencial del transformador no funciona en los casos en que hay daños en el circuito eléctrico fuera de la zona de protección. Por lo tanto, no se requiere retardo de tiempo ni selectividad. El tiempo de respuesta de la protección oscila entre 0,05 y 0,1 segundos. Esta es una gran ventaja de este tipo de protección diferencial. Pero hay otra ventaja: un grado muy alto de sensibilidad, especialmente cuando se usa un transformador de saturación rápida. Entre las pequeñas ventajas, cabe destacar la sencillez y la muy alta fiabilidad.
Propiedades negativas
Pero tanto la protección diferencial longitudinal como la transversal tienen desventajas. Por ejemplo, no es capaz de proteger el circuito eléctrico cuando se expone a cortocircuitos desde el exterior. Además, no puede abrir el circuito eléctrico cuando se somete a una fuerte sobrecarga.
Desafortunadamente, la protección puede funcionar si el circuito auxiliar está dañado, al que está conectado el devanado secundario. Pero todas las ventajas de la protección diferencial con corriente circulante interrumpen estas pequeñas desventajas. Pero son capaces de proteger líneas eléctricas de muy corta longitud, no más de un kilómetro.
Se utilizan con mucha frecuencia en la implementación de la protección de cables, con la ayuda de los cuales se alimentan varios dispositivos necesarios para el funcionamiento de centrales eléctricas y generadores. En el caso de que la longitud de la línea eléctrica sea muy grande, por ejemplo, de varias decenas de kilómetros, la protección segúneste circuito es muy difícil de realizar, ya que es necesario utilizar cables con una sección transversal muy grande para conectar los relés electromagnéticos y el devanado secundario de los transformadores.
Si utiliza cables estándar, la carga en los transformadores de corriente será demasiado grande, así como la corriente de desequilibrio. Pero en cuanto a la sensibilidad, resulta ser extremadamente baja.
Diseños de relés de protección y alcance de los circuitos
En líneas eléctricas muy largas, se utiliza un circuito en el que hay un relé de protección de un diseño especial. Con él, puede proporcionar un nivel normal de sensibilidad y usar cables de conexión estándar. La protección diferencial transversal funciona comparando la corriente en dos líneas en fases y magnitudes.
La protección diferencial de alta velocidad se usa en líneas eléctricas en las que el voltaje fluye en el rango de 3 a 35 mil voltios. Esto proporciona una protección fiable contra cortocircuitos de fase a fase. La protección diferencial se realiza como bifásica debido a que la red eléctrica con las tensiones de funcionamiento anteriores no está puesta a tierra por neutros. De lo contrario, el neutro se conecta a tierra mediante un conducto de arco.
Cables auxiliares en el diseño de circuitos de protección
Los transformadores de corriente están relativamente cerca unos de otros. Por lo tanto, los cables auxiliares son bastante cortos. Cuando se utilizan alambres de diámetro pequeño enlos transformadores estarán expuestos a una carga relativamente baja. En cuanto a la corriente de desequilibrio, también es pequeña. Pero el grado de sensibilidad es muy alto. En caso de desconexión de cualquier línea, la protección diferencial pasa a ser corriente, no hay temporización ni selectividad. Para evitar falsas alarmas, los contactos auxiliares de línea desconectan el circuito.
Protección diferencial circuito transversal
La protección transversal es muy utilizada en el desarrollo de sistemas de líneas que funcionan en paralelo. Los interruptores están instalados en ambos lados de la línea. La conclusión es que tales líneas son muy difíciles de proteger con circuitos simples. La razón es que es imposible alcanzar un nivel normal de selectividad. Para mejorar la selectividad, el retardo de tiempo debe seleccionarse cuidadosamente. Pero en el caso de usar una protección diferencial dirigida transversalmente, el retardo de tiempo no es necesario, la selectividad es bastante alta. Tiene órganos principales:
- Dirección de potencia. A menudo se utilizan relés de dirección de potencia de doble efecto. A veces se utilizan un par de relés de protección diferencial de acción simple que funcionan con diferentes direcciones de potencia.
- Arranque: por regla general, en su función se utilizan relés de alta velocidad con la máxima corriente posible.
El diseño del sistema es tal que en las líneas se instalan transformadores de corriente con devanados secundarios conectados en un circuito de corriente circulante. Pero todos los devanados de corriente se encienden en serie, después delo que están conectados con la ayuda de cables adicionales a los transformadores de corriente. Para que funcione la protección diferencial de fases, se alimenta tensión al relé a través de los embarrados de las instalaciones. Es sobre ellos que se instala todo el kit. Si observa el circuito para encender los circuitos secundarios de los transformadores y un relé de protección, podemos concluir por qué se llama "ocho dirigido". Todo el sistema está hecho en dos juegos. Hay un conjunto en cada extremo de la línea, que proporciona protección diferencial de corriente para la línea de alimentación.
Circuito de relé monofásico
La tensión al relé de protección se suministra en fase inversa a la necesaria para desconectar una línea dañada. En funcionamiento normal (incluso en presencia de un cortocircuito externo), solo la corriente de desequilibrio fluye a través de los devanados del relé. Para evitar falsos disparos, es necesario que los relés de arranque tengan una corriente de disparo superior a la corriente de desequilibrio. Considere el trabajo de proteger dos líneas.
Al comienzo del cortocircuito, fluye algo de corriente en la zona de protección de la segunda línea. Vale la pena prestar atención al hecho de que:
- Relé de arranque activado.
- En el lateral de una subestación, el relé de dirección de potencia abre los contactos del disyuntor.
- Desde el lado de la segunda subestación, la línea también se desconecta mediante interruptores.
- En el relé de dirección de potencia, el par es negativo, por lo tanto los contactos están abiertos.
En los devanados del relé de protección de primera líneala dirección del movimiento de la corriente cambia (en relación con la primera línea) durante un cortocircuito. El relé de dirección de potencia mantiene el grupo de contactos en estado abierto. Los interruptores automáticos del lado de ambas subestaciones se abren.
Solo esta protección diferencial de línea puede funcionar correctamente cuando ambas líneas funcionan en paralelo. En caso de que uno de ellos se apague, se viola el principio de funcionamiento de la protección diferencial. En consecuencia, una mayor protección conduce a la desconexión no selectiva de la segunda línea durante los cortocircuitos externos. En este caso, se convierte en una corriente direccional ordinaria y no tiene retardo de tiempo. Para evitar esto, la protección transversal se desactiva automáticamente durante la desconexión de una línea interrumpiendo el circuito con el contacto auxiliar.
Tipos adicionales de protección
Las corrientes de disparo de los relés de arranque deben ser mayores que las corrientes de desequilibrio durante un cortocircuito externo. Para evitar falsos positivos cuando una de las líneas está desconectada y la corriente máxima de carga pasa por la restante, es necesario que sea mayor que la diferencia de potencial de desequilibrio. Si existe una protección diferencial de tipo transversal en la línea, se deben proporcionar grados adicionales.
Permitirán proteger una línea cuando la paralela esté apagada. Por lo general, se utilizan para la protección contra sobrecorriente durante un cortocircuito externo (en este caso, la protección diferencial no reacciona). Además, protección adicionales una copia de seguridad del diferencial (si este último falla).
A menudo se utilizan protecciones de corriente direccionales y no direccionales, cortes, etc.. La protección diferencial transversal es de diseño simple, muy confiable y ha sido ampliamente utilizada en redes eléctricas con voltajes de 35 mil voltios o más. Así es como funciona la protección diferencial, su principio de funcionamiento es bastante simple, pero aún necesita conocer al menos los conceptos básicos de ingeniería eléctrica para comprender todas las complejidades.
