Dans cet article, vous apprendrez ce qu'est la protection différentielle, comment elle fonctionne, quelles sont ses qualités positives. Il parlera également des lacunes de la protection différentielle des lignes électriques. Vous apprendrez également des schémas pratiques pour protéger les appareils et les lignes électriques.
Le type de protection différentielle est actuellement considéré comme le plus courant et le plus rapide. Il est capable de protéger le système contre les courts-circuits entre phases. Et dans les systèmes qui utilisent un neutre solidement mis à la terre, il peut facilement empêcher l'apparition de courts-circuits monophasés. Le type de protection différentielle est utilisé pour protéger les lignes électriques, les moteurs de forte puissance, les transformateurs, les générateurs.
Il existe deux types de protection différentielle au total:
- Avec des tensions qui s'équilibrent.
- Avec courant circulant.
Cet article vaces deux types de protection différentielle sont pris en compte afin d'en apprendre le plus possible à leur sujet.
Protection différentielle par courants de circulation
Le principe est que les courants sont comparés. Et pour être plus précis, il y a une comparaison des paramètres au début de l'élément, dont la protection est effectuée, ainsi qu'à la fin. Ce schéma est utilisé dans la mise en œuvre du type longitudinal et transversal. Les premiers servent à assurer la sécurité d'une seule ligne électrique, moteurs électriques, transformateurs, générateurs. La protection de ligne différentielle longitudinale est très courante dans l'industrie électrique moderne. Le deuxième type de protection différentielle est utilisé lors de l'utilisation de lignes électriques fonctionnant en parallèle.
Protection différentielle longitudinale des lignes et des appareils
Pour mettre en œuvre une protection de type longitudinal, il est nécessaire d'installer les mêmes transformateurs de courant aux deux extrémités. Leurs enroulements secondaires doivent être connectés les uns aux autres en série à l'aide de fils électriques supplémentaires qui doivent être connectés à des relais de courant. De plus, ces relais de courant doivent être connectés aux enroulements secondaires en parallèle. Dans des conditions normales, ainsi qu'en présence d'un court-circuit externe, le même courant circulera dans les deux enroulements primaires des transformateurs, qui seront égaux en phase et en amplitude. Une valeur légèrement inférieure circulera dans l'enroulement de courant électromagnétique du relais. Vous pouvez le calculer en utilisant une formule simple:
Ir=I1-I2.
Supposons que les dépendances actuelles des transformateurs correspondent complètement. Par conséquent, la différence susmentionnée des valeurs actuelles est proche ou égale à zéro. En d'autres termes, Ir=0 et la protection ne fonctionne pas pour le moment. Le câblage auxiliaire qui relie les enroulements secondaires des transformateurs fait circuler le courant.
Schéma de protection différentielle de type longitudinal
Ce circuit de protection différentielle vous permet d'obtenir des valeurs égales de courants qui traversent le circuit secondaire des transformateurs. Sur cette base, nous pouvons conclure que ce schéma de protection a été nommé ainsi en raison de son principe de fonctionnement. Dans ce cas, la zone située directement entre les transformateurs de courant tombe dans la zone de protection. En cas de court-circuit, dans la zone de protection, lorsqu'il est alimenté d'un côté du transformateur, le courant I1 circule dans l'enroulement du relais électromagnétique. Il est envoyé au circuit secondaire du transformateur, qui est installé de l'autre côté de la ligne. Il faut faire attention au fait qu'il y a une résistance très élevée dans l'enroulement secondaire. Par conséquent, presque aucun courant ne le traverse. Selon ce principe, la protection différentielle des pneus, générateurs, transformateurs fonctionne. Dans le cas où I1 s'avère être égal ou supérieur à Ir, la protection commence à fonctionner en ouvrant le groupe de contacts des interrupteurs.
Protection contre les courts-circuits et les circuits
En cas de court-circuit à l'intérieur de la zone protégée, les deuxcôtés, un courant circule dans le relais électromagnétique, égal à la somme des courants de chaque enroulement. Dans ce cas, la protection est également activée en ouvrant les contacts des interrupteurs. Tous les exemples ci-dessus supposent que tous les paramètres techniques des transformateurs sont exactement les mêmes. Par conséquent, Ir=0. Mais ce sont des conditions idéales, en réalité, en raison de petites différences dans les performances des systèmes magnétiques de courants primaires, les appareils électriques diffèrent considérablement les uns des autres, même du même type. S'il existe des différences dans les caractéristiques des transformateurs de courant (lorsque la protection de phase différentielle de la structure est mise en œuvre), les courants des circuits secondaires seront différents, même si les primaires sont absolument les mêmes. Nous devons maintenant examiner le fonctionnement du circuit de protection différentielle en cas de court-circuit externe sur la ligne électrique.
Court-circuit externe
En présence d'un court-circuit externe, un courant de déséquilibre traversera le relais électromagnétique de protection différentielle. Sa valeur dépend directement du courant qui traverse le circuit primaire du transformateur. En mode de charge normale, sa valeur est faible, mais en présence d'un court-circuit externe, elle commence à augmenter. Sa valeur dépend aussi du temps après le début du défaut. De plus, il devrait atteindre sa valeur maximale dans les premières périodes après le début de la fermeture. C'est à ce moment que tout le court-circuit I traverse les circuits primaires des transformateurs.
Il convient également de noter qu'au début, je court-circuit se compose de deux types de courant - continu et alternatif. Ils sont aussi appeléscomposantes apériodiques et périodiques. Le dispositif de protection différentielle est tel que la présence d'une composante apériodique dans le courant doit toujours provoquer une saturation excessive du système magnétique du transformateur. Par conséquent, la différence de potentiel de déséquilibre augmente fortement. Lorsque le courant de court-circuit commence à diminuer, la valeur de déséquilibre du système diminue également. Selon ce principe, la protection différentielle du transformateur est réalisée.
Sensibilité des structures de protection
Tous les types de protection différentielle agissent rapidement. Et ils ne fonctionnent pas en présence de courts-circuits externes, il est donc nécessaire de choisir des relais électromagnétiques, en tenant compte du courant de déséquilibre maximal possible dans le système en présence d'un court-circuit externe. Il convient de prêter attention au fait que ce type de protection a une sensibilité extrêmement faible. Pour l'augmenter, vous devez remplir de nombreuses conditions. Premièrement, il est nécessaire d'utiliser des transformateurs de courant qui ne saturent pas les circuits magnétiques au moment où le courant traverse le circuit primaire (quelle que soit sa valeur). Deuxièmement, il est souhaitable d'utiliser des appareils électriques de type à saturation rapide. Ils doivent être connectés aux enroulements secondaires des éléments à protéger. Un relais électromagnétique est connecté à un transformateur à saturation rapide (la protection différentielle de courant devient la plus fiable possible) en parallèle avec son enroulement secondaire. C'est ainsi que fonctionne la protection différentielle du générateur ou du transformateur.
Augmenter la sensibilité
Supposons qu'un court-circuit externe s'est produit. Dans ce cas, un certain courant traverse les circuits primaires des transformateurs de protection, constitués de composants apériodiques et périodiques. Les mêmes "composants" sont présents dans le courant de déséquilibre qui traverse l'enroulement primaire d'un transformateur à saturation rapide. Dans ce cas, la composante apériodique du courant sature significativement le coeur. Par conséquent, la transformation du courant dans le circuit secondaire ne se produit pas. Avec l'atténuation de la composante apériodique, une diminution significative de la saturation du circuit magnétique se produit et progressivement une certaine valeur de courant commence à apparaître dans le circuit secondaire. Mais le niveau maximum de courant de déséquilibre sera bien inférieur à celui en l'absence d'un transformateur à saturation rapide. Par conséquent, vous pouvez augmenter la sensibilité en réglant la valeur du courant de protection sur une valeur inférieure ou égale à la valeur maximale de la différence de potentiel de déséquilibre.
Les qualités positives de la protection différentielle
Pendant les premières périodes, le circuit magnétique est très fortement saturé, la transformation ne se produit pratiquement pas. Mais après la désintégration de la composante apériodique, la partie périodique commence à se transformer dans le circuit secondaire. Il convient de prêter attention au fait que c'est très important. Par conséquent, le relais électromagnétique fonctionne et coupe le circuit protégé. Un niveau de transformation très faible pendant la première période d'environ un temps et demi ralentit l'action du circuit de protection. Mais cela ne joue pas un grand rôle dans la construction de circuits de protection de circuit pratiques.
La protection différentielle du transformateur ne fonctionne pas dans les cas où le circuit électrique est endommagé en dehors de la zone de protection. Par conséquent, la temporisation et la sélectivité ne sont pas nécessaires. Le temps de réponse de la protection varie de 0,05 à 0,1 seconde. C'est un énorme avantage de ce type de protection différentielle. Mais il y a un autre avantage - un degré de sensibilité très élevé, en particulier lors de l'utilisation d'un transformateur à saturation rapide. Parmi les petits avantages, il convient de noter la simplicité et la très grande fiabilité.
Propriétés négatives
Mais la protection différentielle longitudinale et transversale présente des inconvénients. Par exemple, il n'est pas en mesure de protéger le circuit électrique lorsqu'il est exposé à des courts-circuits provenant de l'extérieur. De plus, il n'est pas en mesure d'ouvrir le circuit électrique lorsqu'il est soumis à une forte surcharge.
Malheureusement, la protection peut fonctionner si le circuit auxiliaire est endommagé, auquel l'enroulement secondaire est connecté. Mais tous les avantages de la protection différentielle à courant circulant interrompent ces inconvénients mineurs. Mais ils sont capables de protéger des lignes électriques de très courte longueur, pas plus d'un kilomètre.
Ils sont très souvent utilisés dans la mise en œuvre de la protection des fils, à l'aide desquels divers dispositifs nécessaires au fonctionnement des centrales électriques et des générateurs sont alimentés. Dans le cas où la longueur de la ligne électrique est très importante, par exemple, elle est de plusieurs dizaines de kilomètres, la protection selonce circuit est très difficile à réaliser, car il faut utiliser des fils de très grosse section pour connecter les relais électromagnétiques et l'enroulement secondaire des transformateurs.
Si vous utilisez des fils standard, la charge sur les transformateurs de courant sera trop importante, ainsi que le courant de déséquilibre. Mais quant à la sensibilité, elle s'avère extrêmement faible.
Conceptions des relais de protection et étendue des circuits
Dans les très longues lignes électriques, on utilise un circuit dans lequel se trouve un relais de protection de conception spéciale. Avec lui, vous pouvez fournir un niveau de sensibilité normal et utiliser des fils de connexion standard. La protection différentielle transversale fonctionne en comparant le courant dans deux lignes en phases et en amplitudes.
La protection différentielle à grande vitesse est utilisée dans les lignes électriques dans lesquelles la tension circule dans la plage de 3 à 35 000 volts. Cela offre une protection fiable contre les courts-circuits entre phases. La protection différentielle est réalisée en biphasé du fait que le réseau électrique avec les tensions de fonctionnement ci-dessus n'est pas mis à la terre par des neutres. Sinon, le neutre est relié à la terre au moyen d'une chambre de coupure.
Fils auxiliaires dans la conception des circuits de protection
Les transformateurs de courant sont relativement proches les uns des autres. Par conséquent, les fils auxiliaires sont plutôt courts. Lors de l'utilisation de fils de petit diamètre surles transformateurs seront exposés à une charge relativement faible. Quant au courant de déséquilibre, il est également faible. Mais le degré de sensibilité est très élevé. En cas de déconnexion de n'importe quelle ligne, la protection différentielle devient active, il n'y a pas de temporisation et de sélectivité. Pour éviter les fausses alarmes, les contacts auxiliaires de ligne déconnectent le circuit.
Protection différentielle du circuit Straverse
La protection transversale est largement utilisée dans le développement de systèmes de lignes fonctionnant en parallèle. Des interrupteurs sont installés des deux côtés de la ligne. L'essentiel est que de telles lignes sont très difficiles à protéger avec des circuits simples. La raison en est qu'il est impossible d'atteindre un niveau normal de sélectivité. Pour améliorer la sélectivité, la temporisation doit être choisie avec soin. Mais dans le cas de l'utilisation d'une protection différentielle dirigée transversalement, la temporisation n'est pas nécessaire, la sélectivité est assez élevée. Elle a des organes majeurs:
- Direction de l'alimentation. Des relais de direction de puissance à double effet sont souvent utilisés. Parfois, une paire de relais de protection différentielle à simple effet est utilisée qui fonctionne avec des directions de puissance différentes.
- Démarrage - en règle générale, des relais à grande vitesse avec le courant maximum possible sont utilisés dans son rôle.
La conception du système est telle que des transformateurs de courant avec des enroulements secondaires connectés dans un circuit de courant circulant sont installés sur les lignes. Mais tous les enroulements de courant sont enclenchés en série, aprèsce qu'ils sont connectés à l'aide de fils supplémentaires aux transformateurs de courant. Pour que la protection différentielle de phase fonctionne, la tension est fournie au relais à l'aide des jeux de barres des installations. C'est sur eux que l'ensemble du kit est installé. Si vous regardez le circuit d'activation des circuits secondaires des transformateurs et d'un relais de protection, nous pouvons conclure pourquoi on l'appelle le «huit dirigé». L'ensemble du système est composé de deux ensembles. Il y a un ensemble à chaque extrémité de la ligne, qui fournit une protection différentielle de courant pour la ligne électrique.
Circuit de relais monophasé
La tension du relais de protection est fournie en phase inverse à ce qui est nécessaire pour déconnecter une ligne endommagée. En fonctionnement normal (y compris en présence d'un court-circuit externe), seul le courant de déséquilibre circule dans les enroulements du relais. Afin d'éviter les faux déclenchements, il est nécessaire que les relais de démarrage aient un courant de déclenchement supérieur au courant de déséquilibre. Considérez le travail de protection de deux lignes.
Au début du court-circuit, du courant circule dans la zone de protection de la deuxième ligne. Il convient de prêter attention au fait que:
- Relais de démarrage activé.
- Sur le côté d'une sous-station, le relais de direction de puissance ouvre les contacts du disjoncteur.
- Du côté de la deuxième sous-station, la ligne est également déconnectée à l'aide d'interrupteurs.
- Dans le relais de direction de puissance, le couple est négatif, donc les contacts sont ouverts.
Dans les enroulements du relais de protection de première lignele sens du mouvement du courant change (par rapport à la première ligne) lors d'un court-circuit. Le relais de direction de puissance maintient le groupe de contacts à l'état ouvert. Les disjoncteurs sur le côté des deux sous-stations s'ouvrent.
Seule une telle protection différentielle de ligne ne peut fonctionner correctement que lorsque les deux lignes fonctionnent en parallèle. Dans le cas où l'un d'eux est éteint, le principe de fonctionnement de la protection différentielle est violé. Par conséquent, une protection supplémentaire conduit à un arrêt non sélectif de la deuxième ligne lors de courts-circuits externes. Dans ce cas, il devient un courant directionnel ordinaire et il n'a pas de temporisation. Pour éviter cela, la protection directionnelle transversale est automatiquement désactivée lors de la déconnexion d'une ligne en coupant le circuit avec le contact auxiliaire.
Types de protection supplémentaires
Les courants de déclenchement des relais de démarrage doivent être supérieurs aux courants de déséquilibre lors d'un court-circuit externe. Pour éviter les faux positifs lorsque l'une des lignes est déconnectée et que le courant de charge maximal traverse l'autre, il faut qu'il soit supérieur à la différence de potentiel de déséquilibre. S'il existe une protection différentielle de type transversal sur la ligne, des degrés supplémentaires doivent être prévus.
Ils permettront de protéger une ligne lorsque la parallèle est éteinte. Ils sont généralement utilisés pour la protection contre les surintensités lors d'un court-circuit externe (dans ce cas, la protection différentielle ne réagit pas). De plus, une protection supplémentaireest une sauvegarde du différentiel (si ce dernier a échoué).
On utilise souvent des protections de courant directionnelles et non directionnelles, des coupures, etc.. La protection différentielle directionnelle est de conception simple, très fiable et a été largement utilisée dans les réseaux électriques avec des tensions de 35 000 volts ou Suite. C'est ainsi que fonctionne la protection différentielle, son principe de fonctionnement est assez simple, mais encore faut-il connaître au moins les bases de l'électrotechnique pour en comprendre toutes les subtilités.
