Dalam artikel ini Anda akan belajar tentang apa itu perlindungan diferensial, cara kerjanya, kualitas positif apa yang dimilikinya. Ini juga akan berbicara tentang apa kekurangan dari perlindungan diferensial saluran listrik. Anda juga akan mempelajari skema praktis untuk melindungi perangkat dan saluran listrik.
Jenis perlindungan diferensial saat ini dianggap yang paling umum dan tercepat. Ini mampu melindungi sistem dari hubung singkat fase-ke-fase. Dan dalam sistem yang menggunakan netral yang diarde dengan kokoh, dapat dengan mudah mencegah terjadinya hubung singkat satu fasa. Jenis perlindungan diferensial digunakan untuk melindungi saluran listrik, motor berdaya tinggi, transformator, generator.
Ada dua jenis perlindungan diferensial total:
- Dengan ketegangan yang saling menyeimbangkan.
- Dengan arus yang bersirkulasi.
Artikel ini akankedua jenis proteksi diferensial ini dipertimbangkan untuk mempelajari sebanyak mungkin tentang keduanya.
Perlindungan diferensial menggunakan arus yang bersirkulasi
Prinsipnya adalah bahwa arus dibandingkan. Dan lebih tepatnya, ada perbandingan parameter di awal elemen, yang perlindungannya dilakukan, serta di akhir. Skema ini digunakan dalam pelaksanaan tipe memanjang dan melintang. Yang pertama digunakan untuk memastikan keamanan saluran listrik tunggal, motor listrik, transformator, generator. Perlindungan garis diferensial longitudinal sangat umum di industri tenaga modern. Jenis perlindungan diferensial kedua digunakan saat menggunakan saluran listrik yang beroperasi secara paralel.
Perlindungan diferensial longitudinal saluran dan perangkat
Untuk menerapkan proteksi tipe longitudinal, perlu memasang trafo arus yang sama di kedua ujungnya. Gulungan sekundernya harus dihubungkan satu sama lain secara seri dengan bantuan kabel listrik tambahan yang perlu dihubungkan ke relai arus. Selain itu, relai arus ini harus dihubungkan ke belitan sekunder secara paralel. Dalam kondisi normal, serta dengan adanya hubung singkat eksternal, arus yang sama akan mengalir di kedua belitan primer transformator, yang akan sama baik dalam fasa maupun besarnya. Nilai yang sedikit lebih kecil akan mengalir melalui belitan arus elektromagnetik relai. Anda dapat menghitungnya menggunakan rumus sederhana:
Akur=Aku1-aku2.
Asumsikan bahwa ketergantungan transformator saat ini akan benar-benar cocok. Oleh karena itu, perbedaan nilai arus yang disebutkan di atas mendekati atau sama dengan nol. Dengan kata lain, sayar=0 dan perlindungan tidak bekerja saat ini. Kabel bantu yang menghubungkan gulungan sekunder transformator mengalirkan arus.
Skema proteksi diferensial tipe longitudinal
Rangkaian proteksi diferensial ini memungkinkan Anda untuk mendapatkan nilai arus yang sama yang mengalir melalui rangkaian sekunder transformator. Berdasarkan hal ini, kita dapat menyimpulkan bahwa skema perlindungan ini dinamai demikian karena prinsip operasi. Dalam hal ini, area yang terletak langsung di antara transformator arus masuk ke zona proteksi. Dalam hal terjadi hubung singkat, di zona proteksi, ketika dialiri daya dari satu sisi transformator, arus I1 mengalir melalui belitan relai elektromagnetik. Itu dikirim ke sirkuit sekunder transformator, yang dipasang di sisi lain saluran. Penting untuk memperhatikan fakta bahwa ada resistansi yang sangat tinggi pada belitan sekunder. Oleh karena itu, hampir tidak ada arus yang mengalir melaluinya. Menurut prinsip ini, perlindungan diferensial ban, generator, transformator berfungsi. Jika I1 ternyata sama atau lebih besar dari Ir, proteksi mulai beroperasi, membuka grup kontak sakelar.
Hubungan pendek dan perlindungan sirkuit
Jika terjadi korsleting di dalam kawasan lindung, keduanyasisi, arus mengalir melalui relai elektromagnetik, sama dengan jumlah arus masing-masing belitan. Dalam hal ini, perlindungan juga diaktifkan dengan membuka kontak sakelar. Semua contoh di atas mengasumsikan bahwa semua parameter teknis transformator sama persis. Oleh karena itu, sayar=0. Tetapi ini adalah kondisi ideal, pada kenyataannya, karena perbedaan kecil dalam kinerja sistem magnetik arus primer, peralatan listrik berbeda secara signifikan satu sama lain, bahkan dari jenis yang sama. Jika ada perbedaan dalam karakteristik transformator arus (ketika perlindungan fase diferensial dari struktur diterapkan), maka arus dari rangkaian sekunder akan berbeda, bahkan jika yang primer benar-benar sama. Sekarang kita perlu mempertimbangkan bagaimana rangkaian proteksi diferensial bekerja jika terjadi korsleting eksternal pada saluran listrik.
Hubungan pendek eksternal
Dengan adanya korsleting eksternal, arus yang tidak seimbang akan mengalir melalui relai elektromagnetik proteksi diferensial. Nilainya secara langsung tergantung pada arus apa yang melewati rangkaian utama transformator. Dalam mode beban normal, nilainya kecil, tetapi dengan adanya korsleting eksternal, nilainya mulai meningkat. Nilainya juga tergantung pada waktu setelah dimulainya kesalahan. Selain itu, itu harus mencapai nilai maksimumnya dalam beberapa periode pertama setelah dimulainya penutupan. Pada saat inilah seluruh hubung singkat I mengalir melalui rangkaian primer transformator.
Perlu juga dicatat bahwa pada awalnya hubung singkat I terdiri dari dua jenis arus - searah dan bolak-balik. Mereka juga disebutkomponen aperiodik dan periodik. Peranti proteksi diferensial sedemikian rupa sehingga keberadaan komponen aperiodik dalam arus harus selalu menyebabkan saturasi berlebihan pada sistem magnetik transformator. Akibatnya, perbedaan potensial yang tidak seimbang meningkat tajam. Saat arus hubung singkat mulai berkurang, nilai ketidakseimbangan sistem juga berkurang. Menurut prinsip ini, proteksi diferensial transformator dilakukan.
Sensitivitas struktur pelindung
Semua jenis perlindungan diferensial bertindak cepat. Dan mereka tidak bekerja dengan adanya korsleting eksternal, jadi perlu untuk memilih relai elektromagnetik, dengan mempertimbangkan arus ketidakseimbangan maksimum yang mungkin dalam sistem dengan adanya korsleting eksternal. Perlu memperhatikan fakta bahwa jenis perlindungan ini memiliki sensitivitas yang sangat rendah. Untuk meningkatkannya, Anda harus memenuhi banyak syarat. Pertama, perlu menggunakan transformator arus yang tidak menjenuhkan sirkuit magnetik pada saat arus mengalir melalui sirkuit primer (terlepas dari nilainya). Kedua, diinginkan untuk menggunakan peralatan listrik tipe cepat jenuh. Mereka harus dihubungkan ke gulungan sekunder elemen yang akan dilindungi. Relai elektromagnetik terhubung ke transformator jenuh cepat (perlindungan diferensial arus menjadi seandal mungkin) secara paralel dengan belitan sekundernya. Beginilah cara kerja proteksi diferensial generator atau trafo.
Meningkatkan sensitivitas
Asumsikan bahwa korsleting eksternal telah terjadi. Dalam hal ini, arus tertentu mengalir melalui sirkuit primer transformator pelindung, yang terdiri dari komponen aperiodik dan periodik. "Komponen" yang sama hadir dalam arus tidak seimbang yang mengalir melalui belitan primer transformator jenuh cepat. Dalam hal ini, komponen aperiodik dari arus secara signifikan menjenuhkan inti. Oleh karena itu, transformasi arus ke sirkuit sekunder tidak terjadi. Dengan pelemahan komponen aperiodik, penurunan yang signifikan dalam saturasi sirkuit magnetik terjadi, dan secara bertahap nilai arus tertentu mulai muncul di sirkuit sekunder. Tetapi tingkat maksimum arus ketidakseimbangan akan jauh lebih sedikit daripada tanpa adanya transformator jenuh cepat. Oleh karena itu, Anda dapat meningkatkan sensitivitas dengan mengatur nilai arus proteksi kurang dari atau sama dengan nilai maksimum perbedaan potensial ketidakseimbangan.
Kualitas positif dari perlindungan diferensial
Selama periode pertama, rangkaian magnetik jenuh sangat kuat, transformasi praktis tidak terjadi. Tetapi setelah komponen aperiodik meluruh, bagian periodik mulai berubah di sirkuit sekunder. Perlu memperhatikan fakta bahwa itu sangat penting. Oleh karena itu, relai elektromagnetik beroperasi dan mematikan sirkuit yang dilindungi. Tingkat transformasi yang sangat rendah untuk sekitar satu setengah periode waktu pertama memperlambat aksi sirkuit perlindungan. Tapi ini tidak memainkan peran besar dalam pembangunan sirkuit perlindungan sirkuit praktis.
Perlindungan diferensial transformator tidak berfungsi jika terjadi kerusakan pada rangkaian listrik di luar zona perlindungan. Oleh karena itu, waktu tunda dan selektivitas tidak diperlukan. Waktu respons perlindungan berkisar antara 0,05 hingga 0,1 detik. Ini adalah keuntungan besar dari jenis perlindungan diferensial ini. Tetapi ada keuntungan lain - tingkat sensitivitas yang sangat tinggi, terutama saat menggunakan transformator jenuh cepat. Di antara keuntungan yang lebih kecil, perlu diperhatikan seperti kesederhanaan dan keandalan yang sangat tinggi.
Sifat negatif
Tetapi proteksi diferensial longitudinal dan transversal memiliki kelemahan. Misalnya, tidak mampu melindungi sirkuit listrik saat terkena korsleting dari luar. Juga, tidak dapat membuka sirkuit listrik saat mengalami kelebihan beban yang kuat.
Sayangnya, proteksi dapat berfungsi jika sirkuit bantu rusak, yang terhubung dengan belitan sekunder. Tetapi semua keuntungan dari proteksi diferensial dengan arus yang bersirkulasi menginterupsi kerugian-kerugian kecil ini. Tapi mereka mampu melindungi kabel listrik yang panjangnya sangat pendek, tidak lebih dari satu kilometer.
Mereka sangat sering digunakan dalam implementasi perlindungan kabel, dengan bantuan berbagai perangkat yang diperlukan untuk pengoperasian pembangkit listrik dan generator ditenagai. Dalam hal panjang saluran listrik sangat besar, misalnya beberapa puluh kilometer, perlindungan menurutsirkuit ini sangat sulit untuk dilakukan, karena itu perlu menggunakan kabel dengan penampang yang sangat besar untuk menghubungkan relai elektromagnetik dan belitan sekunder transformator.
Jika menggunakan kabel standar, maka beban pada trafo arus akan terlalu besar, begitu juga dengan arus yang tidak seimbang. Tapi untuk sensitivitasnya ternyata sangat rendah.
Desain relai proteksi dan cakupan rangkaian
Dalam saluran listrik yang sangat panjang, sirkuit digunakan di mana ada relai pelindung dengan desain khusus. Dengan itu, Anda dapat memberikan tingkat sensitivitas normal, dan menggunakan kabel penghubung standar. Proteksi diferensial transversal bekerja dengan membandingkan arus dalam dua saluran dalam fase dan besaran.
Perlindungan diferensial kecepatan tinggi digunakan pada saluran listrik di mana tegangan mengalir dalam kisaran 3-35 ribu volt. Ini memberikan perlindungan yang andal terhadap korsleting fase-ke-fase. Perlindungan diferensial dilakukan sebagai dua fase karena fakta bahwa jaringan daya dengan tegangan operasi di atas tidak dibumikan oleh netral. Jika tidak, netral dihubungkan ke arde melalui saluran busur.
Kabel bantu dalam desain sirkuit pelindung
Transformator arus berada dalam jarak yang relatif dekat satu sama lain. Oleh karena itu, kabel bantu agak pendek. Saat menggunakan kabel berdiameter kecil ditransformator akan terkena beban yang relatif rendah. Adapun arus ketidakseimbangan juga kecil. Tapi tingkat kepekaannya sangat tinggi. Jika terjadi pemutusan saluran apa pun, proteksi diferensial menjadi arus, tidak ada penundaan waktu dan selektivitas. Untuk mencegah alarm palsu, kontak bantu saluran memutuskan sirkuit.
Perlindungan diferensial sirkuit straverse
Perlindungan melintang banyak digunakan dalam pengembangan sistem saluran yang beroperasi secara paralel. Sakelar dipasang di kedua sisi saluran. Intinya adalah bahwa garis seperti itu sangat sulit untuk dilindungi dengan sirkuit sederhana. Alasannya adalah tidak mungkin mencapai tingkat selektivitas yang normal. Untuk meningkatkan selektivitas, waktu tunda harus dipilih dengan cermat. Tetapi dalam hal menggunakan proteksi diferensial berarah transversal, waktu tunda tidak diperlukan, selektivitasnya cukup tinggi. Dia memiliki organ utama:
- Arah daya. Relai arah daya kerja ganda sering digunakan. Terkadang sepasang relay proteksi diferensial kerja tunggal digunakan yang beroperasi dengan arah daya yang berbeda.
- Mulai - sebagai aturan, relai kecepatan tinggi dengan arus maksimum yang mungkin digunakan dalam perannya.
Desain sistem sedemikian rupa sehingga trafo arus dengan belitan sekunder yang terhubung dalam rangkaian arus yang bersirkulasi dipasang pada saluran. Tetapi semua belitan saat ini dihidupkan secara seri, setelahapa yang mereka hubungkan dengan bantuan kabel tambahan ke trafo saat ini. Agar perlindungan fase diferensial berfungsi, tegangan disuplai ke relai menggunakan busbar instalasi. Pada merekalah seluruh kit dipasang. Jika Anda melihat sirkuit untuk menyalakan sirkuit sekunder transformator dan relai pelindung, kita dapat menyimpulkan mengapa itu disebut "delapan terarah". Seluruh sistem dibuat dalam dua set. Ada satu set di setiap ujung saluran, yang memberikan perlindungan diferensial arus untuk saluran listrik.
Sirkuit relai satu fasa
Tegangan ke relai proteksi disuplai dalam fase terbalik ke apa yang diperlukan untuk memutuskan satu saluran dengan kerusakan. Dalam operasi normal (termasuk dengan adanya hubung singkat eksternal), hanya arus tidak seimbang yang mengalir melalui belitan relai. Untuk menghindari trip palsu, relai start harus memiliki arus trip yang lebih besar daripada arus unbalance. Pertimbangkan pekerjaan melindungi dua garis.
Pada awal hubung singkat, beberapa arus mengalir di zona proteksi jalur kedua. Perlu memperhatikan fakta bahwa:
- Start relay diaktifkan.
- Di sisi salah satu gardu induk, relai arah daya membuka kontak pemutus arus.
- Dari sisi gardu induk kedua, saluran juga diputus menggunakan sakelar.
- Pada relai arah daya, torsi negatif, oleh karena itu kontaknya terbuka.
Dalam belitan relai proteksi baris pertamaarah perubahan gerakan arus (relatif terhadap garis pertama) selama korsleting. Relai arah daya menjaga grup kontak dalam keadaan terbuka. Pemutus arus di kedua gardu induk terbuka.
Hanya proteksi diferensial saluran seperti itu yang dapat berfungsi dengan baik hanya jika kedua saluran berjalan secara paralel. Jika salah satunya dimatikan, prinsip pengoperasian proteksi diferensial dilanggar. Akibatnya, perlindungan lebih lanjut mengarah ke shutdown non-selektif dari saluran kedua selama hubung singkat eksternal. Dalam hal ini, itu menjadi arus arah biasa, dan tidak memiliki waktu tunda. Untuk menghindari hal ini, perlindungan lintas arah secara otomatis dinonaktifkan selama pemutusan satu saluran dengan memutus sirkuit dengan kontak bantu.
Jenis perlindungan tambahan
Arus trip dari relai start harus lebih besar dari arus tidak seimbang selama hubung singkat eksternal. Untuk menghindari positif palsu ketika salah satu saluran terputus dan arus beban maksimum melewati yang tersisa, perlu lebih besar dari perbedaan potensial ketidakseimbangan. Jika ada jenis perlindungan diferensial melintang pada saluran, derajat tambahan harus disediakan.
Mereka akan mengizinkan satu saluran untuk dilindungi ketika yang paralel dimatikan. Biasanya mereka digunakan untuk proteksi arus lebih selama hubung singkat eksternal (dalam hal ini proteksi diferensial tidak bereaksi). Selain itu, perlindungan tambahanadalah cadangan ke diferensial (jika yang terakhir gagal).
Perlindungan arus searah dan non-arah, pemutus arus, dll. sering digunakan. Perlindungan diferensial lintas arah memiliki desain yang sederhana, sangat andal dan telah banyak digunakan dalam jaringan listrik dengan tegangan 35 ribu volt atau lagi. Beginilah cara kerja proteksi diferensial, prinsip pengoperasiannya cukup sederhana, tetapi Anda masih perlu mengetahui setidaknya dasar-dasar teknik elektro untuk memahami semua seluk-beluknya.
