RAZDELILNA IN INDUSTRIJSKA OMREJA

Seminarska naloga

DIFERENNA ZAITA

Profesor: prof. dr. Grega Bizjak Avtor: Rok Rojc

Avtor: Rok Rojc Datum:10.5.2017

1

Kazalo vsebine:

Vsebina 1.Uvod ....................................................................................................................................................... 3

2. Splono o zaiti .................................................................................................................................... 4

3. itenje medfaznih kratkih stikov ..................................................................................................... 5

4. itenje faznih kratkih stikov ................................................................................................................ 6

4.1 Zaita je neobutljiva na zunanje napake ..................................................................................... 7

4.2 Prisotnost zadostne napetosti v diferenni veji ...........................................................................10

4.3 Omejevanje napetosti na sekundarju tokovnih transformatorjev ...............................................11

4.4 Zaznava minimalnih okvarnih tokov .............................................................................................11

5 Vrste diferennih zait .......................................................................................................................13

5.1 Motorska diferenna zaita .........................................................................................................13

5.2 Generatorska diferenna zaita ..................................................................................................14

5.3 Transformatorska diferenna zaita ...........................................................................................15

5.3.1 O zemljen transformator .......................................................................................................15

5.3.2 Ne ozemljen transformator ...................................................................................................16

5.4 Zbiralna diferenna zaita .........................................................................................................17

5.5 Diferenna zaita daljnovoda in kablovoda ................................................................................18

6.Viri in literatura ...................................................................................................................................20

7. Vpraanja: ...........................................................................................................................................21

Avtor: Rok Rojc Datum:10.5.2017

2

Kazalo slik: Slika 1: Blok shema diferenne zaite .................................................................................................... 4 Slika 2: Shema diferenne zaite za 3fazne stike ................................................................................... 5 Slika 3: Shema zaite za fazni stik z zemljo ........................................................................................... 6 Slika 4: prikljuitven shema prikazuje modelno vezje zaite ................................................................. 7 Slika 5:Poenostavljena shema zaite ....................................................................................................... 8 Slika 6:Napaka v itenem obmoju ....................................................................................................... 10 Slika 7:Prikljuitvena shema z nelinearnim uprom ................................................................................ 11 Slika 8:Motorska diferenna zaita ....................................................................................................... 13 Slika 9: Generatorska diferenna zaita ................................................................................................ 14 Slika 10:Diferenna zaita transforatorja z direktno ozemlitvijo .......................................................... 15 Slika 11:Diferenna zaita brez ozemljitve ........................................................................................... 16 Slika 12 Diferenna zaita zbiralk ........................................................................................................ 17 Slika 13:Diferenna zaita voda ............................................................................................................ 18 Slika 14: Funkcija razlike tokov od izhodnega toka ............................................................................... 19

file:///C:/Users/Rojc/Desktop/RIO/Rio/Diferenna%20zaita.docx%23_Toc482136409file:///C:/Users/Rojc/Desktop/RIO/Rio/Diferenna%20zaita.docx%23_Toc482136410file:///C:/Users/Rojc/Desktop/RIO/Rio/Diferenna%20zaita.docx%23_Toc482136413file:///C:/Users/Rojc/Desktop/RIO/Rio/Diferenna%20zaita.docx%23_Toc482136415file:///C:/Users/Rojc/Desktop/RIO/Rio/Diferenna%20zaita.docx%23_Toc482136416file:///C:/Users/Rojc/Desktop/RIO/Rio/Diferenna%20zaita.docx%23_Toc482136417file:///C:/Users/Rojc/Desktop/RIO/Rio/Diferenna%20zaita.docx%23_Toc482136418file:///C:/Users/Rojc/Desktop/RIO/Rio/Diferenna%20zaita.docx%23_Toc482136419file:///C:/Users/Rojc/Desktop/RIO/Rio/Diferenna%20zaita.docx%23_Toc482136420

Avtor: Rok Rojc Datum:10.5.2017

3

1.Uvod Diferenna zaita je naprava, ki primerja dva toka iste faze. e se razlikujeta, zaita izklopi napravo.

Avtor: Rok Rojc Datum:10.5.2017

4

2. Splono o zaiti Diferenna zaita temelji na primerjavi faznih tokov iste faze, ki vstopajo v iteno napravo

s tokovi, ki to napravo zapuajo. Praktino gledano sta ta dva toka v normalnem

obratovalnem stanju enaka. V primeru pa, da se na napravi pojavi razlika med tema

tokovoma pa je to znak, da je znotraj naprave prilo do neke napake. To pomeni, da nam tok

nekje uhaja. Razlika tokov je sorazmerna viini okvarnega toka, ki se je pojavil znotraj

naprave.

Slika 1: Blok shema diferenne zaite

Na sliki lahko vidimo kako je diferenna zaita zasnovana. Pred iteno napravo imamo

intaliran tokovni transformator z n ovoji in prav tako je tokovni transformator nameen za

itenim obmojem. Tokovni transformator s prestavo n tok transformira na vrednost, ki jo

lahko merimo. Prestava je definirana z razmerjem ovojev transformatorja. Ko oba

transformatorja izmerita enak tok, naprava deluje normalno, v primeru razlike med tema

tokovoma pa je prilo do okvarnega toka. Vsaka faza diferenne zaite vsebuje svoj

diferenni rele ki je vezan v serijo z uporom.

Avtor: Rok Rojc Datum:10.5.2017

5

3. itenje medfaznih kratkih stikov

Zgornja slika nam prikazuje trifazno distribucijsko omreje, zaiteno z diferenno zaito

proti simetrinim in nesimetrinim okvarnim tokom. Vidimo, da vsaka faza vsebuje

diferenni rele v seriji z dodanim stabilizacijskim uporom, skozi katerega se potem

zakljuujejo diferenni tokovi vsake faze. Tako je diferenni tok enak :

=

Slika 2: Shema diferenne zaite za 3fazne stike

Avtor: Rok Rojc Datum:10.5.2017

6

4. itenje faznih kratkih stikov

Vsota tokov na sekundarni strani tokovnih transformatorjev na obeh straneh itene naprave

daje razliko tokov in . Tako je tok skozi upor paralelne veje e hkrati kar na iskani

diferenni tok, ki nam zaradi napake uhaja v zemljo. _ je tako vsota vseh tokov

tokovnih transformatorjev na levi strani. Podobno velja za _ .

Slika 3: Shema zaite za fazni stik z zemljo

Avtor: Rok Rojc Datum:10.5.2017

7

Da zagotovimo ustrezno delovanje diferenne zaite moramo primarno poskrbeti za

nekatere pogoje:

1. Zaita je neobutljiva na zunanje napake (se pravi napake izven itenega obmoja)

2. Prisotnost zadostne napetosti v diferenni veji (na uporu), ki omogoi aktivacijo releja

3. Omejevanje napetosti na sekundarju tokovnih transformatorjev, da zagotovimo

njihovo zaito in dolgo ivljensko dobo

4. Zaita je v osnovi zmona zaznati minimalne okvarne toke

4.1 Zaita je neobutljiva na zunanje napake

Pomembno je zagotoviti, da je diferenni tok, ki tee po paralelnem uporu v osnovi posledica

okvare znotraj itene naprave in ni posledica kratkih stikov zunaj tega obmoja. Velik

problem je kratek stik zunaj itenega obmoja,saj se lahko zaradi nasienja tokovnih

transformatorjev dogodi, da stee nek diferenni tok, ki je posledica stikov zunaj varovanega

obmoja. Na nasienje jeder teh tokovnih transformatorjev vpliva enosmerna komponenta, ki

se pojavi ob kratkih stikih in lahko dosee kar 80 % vrne vrednosti izmeninega toka za

nekaj ciklov. To pomeni, da lahko kljub normalnemu delovanju nae itene naprave ob

kratkem stiku zunaj nje pride do diferennih tokov in v primeru, da so viji od nastavljenih

proilnih povzroijo nepotrebno aktivacijo zaite. Teava je tudi, da jedra tokovnih

transformatorjev niso enaka in so tako ob pojavu enosmerne komponente v razlinih obmojih

magnetilne krivulje, kar spet lahko povzroi diferenne toke. Tem teavam, predvsem

nasienju se lahko izognemo z dodajanjem stabilizacijskega upora v paralelno vejo, kar nam

omeji diferenni tok, da kljub nasienju ne presee prednastavljene mejne vrednosti za

proenje v primeru kratkega stika zunaj naega itenega obmoja. Vezalna shema z

vkljuenim stabilizacijskim uporom je prikazana na spodnji sliki.

Slika 4: prikljuitven shema prikazuje modelno vezje zaite

Avtor: Rok Rojc Datum:10.5.2017

8

Slika 5:Poenostavljena shema zaite

Lokacija

transformatorja

Status Magnetilni tok Impedanca

A Nasien Zelo velik 0

B Nenasien Zelo majhen Zelo velika

Privzemimo, da (stabilizacijski upor) vsebuje upornost releja, tokovni transformator

na koncu A je nasien, medtem ko je tokovnik na koncu B nenasien. To je praktino

najslabi primer, tokovni transformator na B strani napaja kratek stik in na njegovem

sekundarju stee ogromen tok. Zanemarimo induktivnosti tokovnika, ker imajo vodniki

majhen prerez in prevladujejo upornosti. Da se izognemo nepravilnemu proenju pri napaki

zunaj itenega obmoja, morajo biti nastavitve releja vije kot razlika tokov v diferenni

veji.

Sedaj izraunamo vrednost .

= +

+ +

> +

+ +

Avtor: Rok Rojc Datum:10.5.2017

9

Ker je > +

> ( + )

>

Kjer je > +

Enako dobimo na B strani e A stran ni nasiena in je B nasiena

>

Vidimo, da dobimo podobni enabi. V izraun vzamemo maksimalno vrednost upornosti,

pri emer je najveja upornost izmed dveh tokovodnikov. je vrednost pri kateri bo

rele proil

>

= max [, ]

Avtor: Rok Rojc Datum:10.5.2017

10

4.2 Prisotnost zadostne napetosti v diferenni veji Parametri tokovnega transformatorja morajo biti ustrezno izbrani, da je v primeru

okvarnega toka znotraj itenega obmoja na diferenni veji zadosten padec napetosti,

ki omogoi delovanje zaite, ko se napaka pojavi znotraj itenega obmoja.

Spodnja slika prikazuje vezalni diagram in primer okvare F znotraj itenega obmoja.

Napetost kolena transformatorja je definirana v skladu z Std BS 3938 razred X z uporabo

napetosti pri nazivni frekvenci na sekundarju transformatorja. Ko se njena vrednost povea za

10% povzroi maksimalno poveavo 50% v magnetilnem tokokrogu.

je izbrana tako, da je = , , 1 < < 1,5

in je definirana kot

= ( + ) ker iz tega sledi

> ()

Da zadostimo temu kriteriju je bistveno , da so okvarni toki viji od nastavljenih za proenje.

Slika 6:Napaka v itenem obmoju

Avtor: Rok Rojc Datum:10.5.2017

11

4.3 Omejevanje napetosti na sekundarju tokovnih transformatorjev V primeru kratkih stikov znotraj itenega obmoja se pojavijo zelo visoki kratkostini

tokovi, ki povzroijo mono zasienje jeder tokovih transformatorjev in posledino velike

prenapetosti. Te napetostne konice so potencialno nevarne zaradi preboja in unienja

tokovnih transformatorjev in hkrati tudi releja, ki ni dimenzioniran za tako velike konine

napetosti. Zato, da zmanjamo te prenapetostne konice se paralelno k diferenni veji doda

nelinearni upor, ki omeji te prenapetosti na zdrne vrednosti in tako zaiti nae elemente.

4.4 Zaznava minimalnih okvarnih tokov

Slika 7:Prikljuitvena shema z nelinearnim uprom

Napetost na nelinearnem uporu je posledica toka , ki stee zaradi okvarnega toka

znotraj itenega obmoja in tako povroa padec napetosti na uporu (v diferenni

veji).

Iz sheme lahko vidimo da je

=

=

=

=

Avtor: Rok Rojc Datum:10.5.2017

12

Napiemo enabe na A strani

=

= ( + ) ( ) +

= +

Iz tega sledi

= +

obrnemo enabo =

ker je >

>> >

e zanemarimo dobimo

=

Napiemo isti postopek e za B stran in dobimo

=

Napetost na nelinearnem uporu je priblino enaka kot na reaktanci obeh tokovnih

transformatorjev.

Sedaj lahko zapiemo enabo

= + + + ; = =

Po izpeljavi tokov iz vezne sheme dobimo vrednost za minimalni okvarni tok, ki ga

zaita e prepozna: = + + 2

= ( + + 2)

Avtor: Rok Rojc Datum:10.5.2017

13

5 Vrste diferennih zait

5.1 Motorska diferenna zaita

Glavni vidik pri dimenzioniranju diferenne zaite za motorje je, da je zagonski tok

motorjev kar 57kratnik nazivnega toka. Na ta tok zaita ne sme reagirati. Da temu

zadostimo, mora veljati:

>

Tokovni transformator je dimenzioniran, da je

=

Minimalni tok, ki ga tokovni transformator e zazna je

= ( + + 2)

Slika 8:Motorska diferenna zaita

Avtor: Rok Rojc Datum:10.5.2017

14

5.2 Generatorska diferenna zaita

Ta zaita nima vgrajene nobene zakasnitve in deluje takoj. Kratki stik generatorja

pomeni kratkostini tok, ki dosee 510 kratnik nazivnega toka. Da stabiliziramo

zaito in prepreimo neelene odklope, je zelo pomembna izbira prave vrednosti

stabilizacijskega upora:

>

>

Minimalni zaznavni okvarni tok je tako

= ( + + 2)

Slika 9: Generatorska diferenna zaita

Avtor: Rok Rojc Datum:10.5.2017

15

5.3 Transformatorska diferenna zaita

Poznamo dva tipa zaite transformatorja:

Ko je transformator ozemljen

Ko transformator ni ozemljen

5.3.1 O zemljen transformator

V tem primeru je lahko transformator ozemljen direktno ali preko upora ali pa prek

petersenove duilke.

Na sliki lahko vidimo, da je vsota sekundarnih tokov , , diferenni tok, ki je enak

zemeljskemu okvarnemu toku. Ko nastopi okvarni tok znotraj itenega obmoja preostali

tok, ki je posledica okvare tee v nasprotni smeri glede na zanko pri ozemljitvi in tako

povzroa tok v diferenni veji. Tako zaita zazna napako.

V primeru, da se pojavi okvara zunaj itenega obmoja, pa zaita na to ne reagira, kajti

toliko toka kot ga stee zaradi okvare iz neke faze, toliko se ga zakljui skozi ozemljitev

transformatorja in tako ne pride do diferennega toka. Torej diferenna zaita ni obutljiva

na napake zunaj itenega obmoja.

Pomembno je, da diferenna zaita ostane stabilna za primer maksimalnega okvarnega toka

ki nastane v tokokrogu.

Slika 10:Diferenna zaita transforatorja z direktno ozemlitvijo

Avtor: Rok Rojc Datum:10.5.2017

16

Ta okvarni tok je posledica trifaznega kratkega stika in zadostiti moramo naslednjim

pogojem:

Da se izognemo napanim odklopom mora veljati

Padec napetosti na stabilizacijskem uporu mora biti dovolj velik

> Minimalni zaznavni okvarni tok mora biti dovolj velik

= ( + + 4) Magnetilni tok je pomnoen s 4, ker so 4 veje povezane na magnetilno vejo.

5.3.2 Ne ozemljen transformator

Tudi tukaj je najveji tok pri trifaznem kratkem stiku. e se pojavi kratek stik z zemljo

vzdol sekundarja transformatorja praktino ne tee tok v diferenni veji in ni diferennega

toka. Po drugi strani pa se v primeru kratkega stika znotraj transformatorja pojavi tok, ki je

enak okvarnemu in povzroi tok v diferenni veji.

Ta okvarni tok je posledica trifaznega kratkega stika in zadostiti moramo naslednjim

pogojem:

Da se izognemo napanim odklopom mora veljati =

Padec napetosti na stabilizacijskem uporu mora biti dovolj velik

> Minimalni zaznavni okvarni tok mora biti dovolj velik

= ( + + 3) Magnetilni tok je pomnoen s 3, ker so 3 veje povezane na magnetilno vejo.

Slika 11:Diferenna zaita brez ozemljitve

Avtor: Rok Rojc Datum:10.5.2017

17

5.4 Zbiralna diferenna zaita

Zaita deluje na osnovi primerjave toka, ki vstopa v zbiralko s tokom, ki jo zapua.

Ponavadi je zbiralka napajana z ve kot enim vodom, zapua pa jo precej veje tevilo

vodov. Poznamo tudi sekcionirane zbiralke, ki izboljajo stabilnost sistema. Po potrebi jih

lahko sklopimo oz. razklopimo. Zaita mora primerjati vsoto vseh tokov v zbiralki ne

samo dva.

Vezalna shema zbiralke, ki je napajana z dvema vodoma, zapuajo pa jo trije je prikazana

na sliki. Zaita deluje na fazno zemeljski stik. Normalno obratovanje zagotavlja vsota

tokov vseh treh faz, ki vstopajo v zbiralko s tokovi, ki zbiralko zapuajo. Tako se vri

primerjava vstopajoih z izstopajoimi tokovi. Maksimalni kratkostini tok, ki se lahko

pojavi je vsota maksimalnih kratkostinih tokov posameznih napajalnih vodov, ki vstopajo

v zbiralko.

Za pravilno delovanje moramo zadostiti naslednjim pogojem:

Da se izognemo napanim odklopom mora veljati

=

Padec napetosti na stabilizacijskem uporu mora biti dovolj velik

>

Minimalni zaznavni okvarni tok mora biti dovolj velik

= ( + + )

H je vsota napajalnih in porabnikih prikljukov

Slika 12 Diferenna zaita zbiralk

Avtor: Rok Rojc Datum:10.5.2017

18

5.5 Diferenna zaita daljnovoda in kablovoda

Zaita kablovodov in daljnovodov poteka na nain s pomojo dveh tokovnih

transformatorjev na konceh, povezanih s pilotno ico. Osnovna ideja tega tipa zaite je

dejstvo, kako dobiti tokovni pretok v rele, ki je v sorazmerju z diferenco tokov. To lahko

storimo na nain poznan pod imenom odstotkovna diferenna zaita, z poznanim dejstvom,

da je tok v rele razlika tokov, ki priteka in odteka z zaitenega obmoja. Zaradi dolgih

kablov uporabimo e po en rele na vsakem koncu. Glavni elementi za izgradnjo odstotkovne

diferenne zaite so prikazani na spodnji sliki.

+ 2

je upornost pilotne ice

zadrevali upor

Sekundarni tok

,ki tee skozi upor ustvaja napetost

=

Podobno dobimo tudi za tok na drugi strani

=

Slika 13:Diferenna zaita voda

Avtor: Rok Rojc Datum:10.5.2017

19

Napetost nastane zaradi toka skozi in je pritisnjena na rele.

= ( )

2+

=

2 + =

Neobremenjen vod da majhno razliko tokov na obeh straneh kar lahko aktivira zaito. Da se

izognemo teh situaciji mora biti vhodni tok veji do nekega minimalnega toka.

> ( ) +

Slika 14: Funkcija razlike tokov od izhodnega toka

Avtor: Rok Rojc Datum:10.5.2017

20

6.Viri in literatura

Electric distribution system: Abdelhay A. Sallam, Malik

Avtor: Rok Rojc Datum:10.5.2017

21

7. Vpraanja:

1. Kako deluje diferenna zaita?

Primerja tok v napravo s tokom, ki zapua napravo.

2. Kako zagotovimo stabilno delovanje diferenne zaite v primeru velikih

kratkostinih tokov izven itenega obmoja problem nasienja jeder

tokovnikov zaradi prisotnosti enosmerne komponente?

Dodamo stabilizacijski upor v diferenno vejo ter s tem omejimo diferenni tok.

3. Katere naprave lahko itimo z diferenno zaito?

Motor, generator, transformator, zbiralke, vode.

4. Katerim pogojem moramo zadostiti, da zaita deluje pravilno?

Zaita je neobutljiva na zunanje napake (se pravi napake izven itenega obmoja)

Prisotnost zadostne napetosti v diferenni veji (na uporu), ki omogoi aktivacijo releja

Omejevanje napetosti na sekundarju tokovnih transformatorjev, da zagotovimo

njihovo zaito in dolgo ivljensko dobo

Zaita je v osnovi zmona zaznati minimalne okvarne toke