На какие повреждения реагирует дифференциальная защита трансформаторов 35 10 кв

Релейная защита и автоматика силовых масляных трансформаторов 110 кВ

Силовые масляные трансформаторы – самые дорогостоящие элементы оборудования распределительных подстанций. Трансформаторы рассчитаны на продолжительный срок службы, но при условии, что они будут работать в нормальном режиме, и не будут подвергаться недопустимым токовым перегрузкам, перенапряжениям и другим нежелательным режимам работы.

Для предотвращения повреждения трансформатора, продления его срока службы и обеспечения его работы в нормальном режиме нужны различные устройства защиты и автоматики.

Рассмотрим, какие устройства защиты и автоматики предусмотрены в силовых масляных трансформаторах.

Газовая защита трансформатора

Газовая защита является одной из основных защит трансформатора. Данная защита предназначена для отключения трансформатора 110 кВ от сети в случае возникновения внутренних повреждений в баке силового трансформатора.

Данное защитное устройство устанавливается в маслопроводе, который соединяется бак трансформатора с его расширителем. Основной конструктивный элемент газового реле — поплавок и две пары контактов, которые соединяются при опускании поплавка. При нормальном режиме работы газовое реле заполнено трансформаторным маслом, и поплавок находится в верхнем положении, при этом обе пары контактов разомкнуты.

В случае возникновения межвитковых коротких замыканий обмоток трансформатора, либо в случае так называемого горения стали (нарушения изоляции листов стали магнитопровода) в баке появляются газы, образующиеся при разложении электротехнических материалов под воздействием электрической дуги.

Образующийся газ попадает в газовое реле и вытесняет из него масло. При этом поплавок опускается и замыкает контакты. В зависимости от количества скапливаемого газа могут замыкаться контакты, действующие на сигнал либо на полное отключение трансформатора от сети.

Срабатывание газового реле может быть также по причине значительного снижения уровня масла в баке силового трансформатора, что свидетельствует о полном отсутствии масла в расширителе. То есть данное устройство также выступает в роли защиты от чрезмерного снижения уровня масла в трансформаторе.

Струйная защита бака РПН

Силовые трансформаторы 110 кВ имеют, как правило, встроенное устройство регулировки напряжения под нагрузкой (РПН). Устройство РПН находится в отдельном отсеке бака трансформатора, изолированного от основного бака с обмотками. Поэтому для данного устройства предусмотрено отдельное защитное устройство — струйное реле.

Все повреждения внутри бака РПН сопровождаются выбросом трансформаторного масла в расширитель, поэтому в случае наличия потока масла мгновенно срабатывает струйная защита, осуществляя автоматическое отключение силового трансформатора от электрической сети.

Реле уровня масла (РУМ)

Газовое реле сигнализирует о полном отсутствии масла в расширителе силового трансформатора, но необходимо вовремя обнаружить недопустимое снижение уровня масла — эту функцию выполняет реле уровня масла (РУМ).

Реле уровня масла устанавливается, как правило, в расширителе основного бака трансформатора, а также расширителе бака РПН, Устройство настраивается таким образом, чтобы поплавок — основной конструктивный элемент реле, замыкал контакты реле в случае снижения уровня масла ниже минимально допустимого значения для данного силового трансформатора.

Данное защитное устройство дает сигнал на срабатывание аварийной сигнализации, что позволяет вовремя обнаружить снижение уровня масла.

Дифференциальная защита трансформатора (ДЗТ)

Дифференциальная защита трансформатора (ДЗТ) является основной защитой трансформатора и служит для защиты от коротких замыканий обмоток трансформатора и токопроводов, находящихся в зоне действия данной защиты.

Принцип действия данной защиты основан на сравнении токов нагрузки каждой из обмоток трансформатора. В нормальном режиме на выходе реле дифференциальной защиты отсутствует ток небаланса. В случае возникновения двух или трехфазного короткого замыкания возникает ток небаланса – дифференциальный ток и реле действует на полное отключение трансформатора от сети.

Зона действия данной защиты — трансформаторы тока каждой из сторон напряжения силового трансформатора. Например, в трехобмоточном трансформаторе 110/35/10 кВ зона действия защиты помимо самого трансформатора включается в себя ошиновку (кабель), которая идет от вводов трансформатора до трансформаторов тока 110 кВ, 35 кВ и 10 кВ.

Токовая ступенчатая защита трансформаторов

Для большей надежности помимо основных защит для силового трансформатора предусматривается резервная защита – ступенчатая токовая защита каждой из обмоток.

Для каждой из обмоток трансформатора предусматривается отдельная максимально токовая защита (МТЗ) на несколько ступеней. Для каждой ступени защиты устанавливается своя уставка срабатывания по току и времени срабатывания.

Если трансформатор питает нагрузки потребителей с большими пусковыми токами, то для предотвращения ложных срабатываний максимальная токовая защита имеет так называемую вольтметровую блокировку – блокировку защиты по напряжению.

Для селективности работы защит трансформатора каждая из ступеней защиты имеет разное время срабатывания, при этом наименьшее время срабатывания имеют вышерассмотренные основные защиты трансформатора. Таким образом, в случае повреждения трансформатора или возникновения короткого замыкания в зоне действия защит сразу срабатывают основные защиты, а в случае их отказа или выведенного состояния защиту трансформатора осуществляют резервные токовые защиты.

Также МТЗ силового трансформатора резервируют защиты отходящих присоединений, питающихся от данного трансформатора, срабатывая в случае их отказа.

МТЗ осуществляет защиту от двух- и трехфазных коротких замыканий. Для защиты от однофазных замыканий на землю обмотка высокого напряжения 110 кВ имеет токовую защиту нулевой последовательности (ТЗНП).

Обмотка среднего напряжения силового трансформатора 35 кВ и низкого напряжения 6-10 кВ питает сети с изолированной нейтралью, в которых однофазные замыкания на землю фиксируют трансформаторы напряжения.

Большинство сетей 6-35 кВ с изолированной нейтралью работают в режиме, при котором однофазное замыкание на землю не считает аварийным и соответственно не отключается автоматически действием защиты от замыкания на землю. Обслуживающему персоналу поступает сигнал о наличии однофазного замыкания на землю, и он приступает к поиску и отключению от сети поврежденного участка, так как продолжительное время работы в таком режиме недопустимо.

Исключение составляют случаи, когда отключение однофазных замыканий в сетях необходимо по требованиям безопасности. В таком случае защита от замыканий на землю может работать на полное отключение трансформатора либо обесточивание одной из его обмоток.

Защита трансформатора от перенапряжений

Для защиты трансформатора от перенапряжения на ошиновке с каждой стороны трансформатора устанавливают разрядники или ограничители напряжения (ОПН).

Если трансформатор работает в режиме разземленной нейтрали по стороне высокого напряжения 110 кВ, то нейтраль соединяется с заземлением через разрядник или ОПН для того, чтобы защитить обмотку от повреждения в случае превышения напряжения выше допустимых значений при авариях в питающей сети.

Дополнительные защиты трансформатора

Для защиты силового трансформатора предусматривают ряд дополнительных защит, позволяющих исключить развитие незначительных дефектов, отклонений от нормального режима работы в более масштабную аварийную ситуацию.

Защита от перегрузки – действует на сигнал с целью своевременного снижения нагрузки на трансформаторе.

Реле контроля температуры сигнализирует о повышении температуры верхних слоев масла выше установленных (допустимых) значений. Данная защита автоматически включает дополнительные системы охлаждения трансформатора, если таковые имеются. Например, включаются вентиляторы обдува, насосы принудительной циркуляции масла в охладителях. Если температура масла поднимается еще выше, то реле действует на отключение трансформатора от сети.

Защита минимального напряжения осуществляет отключение выключателя вторичной обмотки трансформатора в случае падения напряжения до недопустимых величин.

Автоматика силовых трансформаторов 110 кВ

Если на подстанции работает два трансформатора, то при падении напряжения до недопустимых величин, либо при обесточивании трансформатора защита минимального напряжения воздействует на устройство автоматического включения резерва (АВР). Данное устройство осуществляет включение секционных или шиносоединительных выключателей, обеспечивая питание потребителей от резервного источника питания – силового трансформатора.

На вводных выключателях среднего и низкого напряжения трансформатора может быть реализовано автоматическое повторное включение выключателя (АПВ), одноразово восстанавливающее питание трансформатора в случае его отключения действием той или иной защиты.

Если силовой трансформатор конструктивно имеет устройство регулировки напряжения под нагрузкой (РПН), то для него может быть установлено устройство автоматической регулировки напряжения (АРН). Данное устройство осуществляет контроль напряжения на обмотках трансформатора и обеспечивает автоматическое переключение устройства РПН для обеспечения требуемого уровня напряжения на обмотках.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

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

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Защита трансформаторов распределительных сетей — Дифференциальная токовая защита

Глава шестая
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА
6-1. Принцип действия и область применения
Принцип действия продольной дифференциальной токовой защиты известен уже более 70 лет. Принципиальная схема дифференциальной защиты (в дальнейшем будем опускать слово «продольная») с циркулирующими токами показана на рис. 6-1 для одной фазы какого-то элемента, имеющего в начале и в конце одинаковые по значению первичные токи (/ы = /1-2). С обеих сторон защищаемого элемента установлены трансформаторы тока ITT и 2ТТ, ограничивающие зону действия дифференциальной защиты. Вторичные обмотки ITT и 2ТТ соединяются последовательно (конец ITT с началом 2ТТ), а токовое реле дифференциальной защиты ТД подключается к ним параллельно.
При к. з. в точке К за пределами зоны действия дифференциальной защиты (такое к.з. называется внешним или сквозным), а также в нормальном режиме нагрузки вторичные токи трансформаторов тока соответственно /2-1 и /2-2 циркулируют по соединительным проводам (плечам) защиты (рис. 6-1,а). При одинаковых коэффициентах трансформации трансформаторов

Рис. 6-1. Принципиальная схема продольной дифференциальной зашиты с циркулирующими токами: а — токо- распределение при внешнем к. з.; б — то же при к. з. в зоне действия защиты
тока ITT и 2ТТ и их работе без погрешностей значения вторичных токов /2-i и /2-2 равны между собой, а направления их в реле ТД — противоположны. Следовательно, в рассматриваемом идеальном случае ток в реле ТД
(6-1)
Таким образом, по принципу действия дифференциальная защита не реагирует на повреждения вне ее зоны действия, т. е. на соседних элементах (линиях, двигателях и т.п.), и поэтому может быть выполнена без выдержки времени. Эта защита относится к группе защит с абсолютной селективностью [2].
Практически в режиме нагрузки, и особенно при внешнем к. з., ток в реле ТД не может быть равен нулю, поскольку трансформаторы тока ITT и 2ТТ имеют разные значения погрешностей, и даже при равных первичных токах вторичные токи /2-1 и /2-2 не равны между собой. Ток в реле ТД в режимах нагрузки
и внешнего к. з. называется током небаланса /нб. И выражение (6-1) следует изменить:
(6-1 а)
Для обеспечения несрабатывания дифференциальной защиты в этих режимах ток срабатывания реле ТД выбирается большим, чем ток небаланса:
(6-2)
где kn — коэффициент надежности, принимаемый для современных дифференциальных защит около 1,3.
При к. з. в зоне действия дифференциальной защиты (рис. 6-1,6) в случае двустороннего питания защищаемого элемента, направления первичного тока /1-2 и вторичного тока /2-2 изменяются на 180°. При этом в реле ТД проходит сумма токов к. з.:
и реле ТД срабатывает на отключение поврежденного элемента от источников питания. В случае одностороннего питания в реле ТД проходит один из токов к. з.: /2-1 или /2-2. При этом дифференциальная защита также должна срабатывать на отключение. Режим одностороннего питания является расчетным при оценке чувствительности дифференциальной защиты, которая производится с помощью коэффициента чувствительности [1]
(6-3)
где /р. мин = /2-1 ИЛИ /2-2 (рис. 6-1,6).
В соответствии с Правилами [1] продольная дифференциальная защита должна устанавливаться на трансформаторах мощностью 6,3 MB-А и более, а также на трансформаторах 4 MB-А при их параллельной работе. Кроме того, дифференциальная защита устанавливается на трансформаторах 1—2,5 MB-А в тех случаях, когда токовая отсечка не удовлетворяет требованиям чувствительности (§ 5-2), а максимальная токовая защита имеет время срабатывания более 0,6 с. Дифференциальная защита предусматривается также для трансформаторов 1—2,5 MB-А, устанавливаемых в районах, подверженных землетрясениям (поскольку газовая защита здесь может использоваться только с действием на сигнал).

6-2. Особенности выполнения дифференциальной защиты трансформаторов

Силовой трансформатор, в отличие от линии, генератора, двигателя, имеет несколько характерных особенностей, влияющих на выполнение его продольной дифференциальной защиты.
В силовом трансформаторе в обмотке со стороны источника питания проходит ток намагничивания, отсутствующий в других обмотках и поэтому попадающий в реле ТД как ток небаланса.
В нормальном режиме значение тока намагничивания не превышает нескольких процентов номинального тока. Например, для трансформаторов 110 кВ (ГОСТ 12965—74) ток намагничивания от 1,5 до 0,55% номинального тока. Но при включении трансформатора под напряжение или при восстановлении напряжения после отключения близкого к. з. бросок тока намагничивания может в 5—8 раз превысить номинальный ток трансформатора. Поэтому отстройка дифференциальной защиты (обеспечение ее несрабатывания) от бросков тока намагничивания является самой сложной задачей, не решенной до конца и в настоящее время.
В силовом трансформаторе первичные токи обмоток ВН, СН и НН не равны между собой, а коэффициенты трансформации стандартных трансформаторов тока таковы, что практически невозможно с их помощью сделать равными между собой вторичные токи в плечах дифференциальной защиты (12-\ и /2-2 на рис. 6-1). Неравенство значений вторичных токов вызывает ток небаланса, как это видно из выражения (6-1а).
Неравенство значений вторичных токов и ток небаланса могут также возникнуть за счет:
различных погрешностей, с которыми работают разнотипные трансформаторы тока (ITT и 2ТТ на рис. 6-1);
регулирования напряжения на одной из сторон трансформатора, на которой и будут изменяться значения первичного и вторичных токов при неизменных значениях токов на других сторонах;
углового сдвига между первичными токами в фазных выводах трансформатора при стандартной группе соединения обмоток У/Д-11 (рис 1-3); если не принять специальных мер, этот же угловой сдвиг будет и между вторичными токами.
Перечисленные особенности силового трансформатора определяют и особенности его дифференциальной защиты, для выполнения которой должны быть решены две основные задачи: отстройка от бросков тока намагничивания, возникающих при включении трансформатора;
отстройка от токов небаланса при внешних к.з.

3. Способы отстройки от бросков тока намагничивания при включении под напряжение

Ток намагничивания при включении силового трансформатора под напряжение может достигать, как уже указывалось, 8-кратного значения номинального тока, но он быстро затухает и через 0,5—1 с становится уже намного меньше номинального. Эта особенность использовалась для выполнения грубых, но быстродействующих дифференциальных защит — так называемых дифференциальных отсечек. Ток срабатывания этой отсечки выбирается в 3—4 раза большим номинального тока трансформатора. Благодаря такой грубой настройке и с учетом некоторого замедления срабатывания (собственного времени выходного промежуточного реле) дифференциальная отсечка может быть отстроена от бросков тока намагничивания, но лишь за счет низкой ее чувствительности при к. з. в зоне действия. Именно из-за низкой чувствительности дифференциальная отсечка применяется крайне редко и не предусматривается в новых Правилах [1].
Для отстройки от броска тока намагничивания применялась и выдержка времени 0,5—1 с, однако с начала 1950-х годов в СССР такое выполнение дифференциальной защиты не допускается, независимо от типа и места включения защищаемого

Рис. 6-2. Характерная кривая броска тока намагничивания в одной из фаз при включении силового трансформатора под напряжение (а) и кривая тока к. з. (б)
трансформатора. Исключение составляют дифференциальные защиты, которые устанавливаются совместно с другими — быстродействующими дифференциальными защитами в роли вспомогательных, например, для защиты понижающего трансформатора от к.з. на стороне НН [5].
В настоящее время наиболее широко применяются дифференциальные защиты, в которых для отстройки от бросков тока намагничивания используются особенности несинусоидальной формы кривой тока в дифференциальной цепи при включении трансформатора под напряжение, а именно:

смещение кривой броска тока намагничивания в одну сторону от нулевой линии и отсутствие обратных полуволн (рис. 6-2,а);
наличие в броске тока намагничивания бестоковых пауз длительностью около 7—10 мс именно за счет отсутствия обратных полуволн в токах намагничивания (рис. 6-2,а);
большое содержание в броске тока намагничивания четных гармоник (главным образом второй).
Подавляющее большинство дифференциальных защит в СССР выполнено на отечественных реле серий РНТ и ДЗТ, в которых для отстройки от бросков тока намагничивания используется первая из перечисленных особенностей. В этих реле исполнительный орган (токовое реле) включен в дифференциальную цепь защиты через промежуточный трансформатор, работающий с повышенной индукцией в магнитопроводе. Когда в первичную обмотку такого трансформатора тока подается однополярный ток (рис. 6-2, а), апериодическая составляющая этого тока вызывает глубокое насыщение магнитопровода, весь первичный ток становится током намагничивания и, таким образом, в идеальном случае во вторичную обмотку не трансформируется. Следовательно, исполнительный орган, включенный на вторичную обмотку насыщенного трансформатора тока, не может сработать. Такой трансформатор тока называется быстронасыщающимся (БНТ) или насыщающимся (НТТ).
Если происходит к.з. в зоне действия защиты и через первичную обмотку НТТ проходит синусоидальный (двухполярный) ток к.з. (рис. 6-2,6), то НТТ трансформирует этот ток во вторичную обмотку и обеспечивает срабатывание исполнительного органа реле РНТ или ДЗТ. Надо отметить, что ток к. з. также может иметь апериодическую составляющую, которая насыщает НТТ и препятствует трансформации периодической составляющей. Но апериодическая составляющая тока к. з. быстро затухает, после чего реле срабатывает за счет периодической составляющей. Полное время срабатывания защиты с НТТ при самых неблагоприятных условиях не превышает 0,12 с [22].
В отличие от описанного идеального случая реальный НТТ трансформирует часть однополярного тока намагничивания. Кроме того, при включении трехфазного трансформатора под напряжение в одной из фаз может отсутствовать апериодическая составляющая броска тока намагничивания (так называемый периодический бросок тока намагничивания, который хорошо трансформируется НТТ). Такая форма кривой тока на входе НТТ может иметь место и в том случае, если основные трансформаторы тока дифференциальной защиты работают с большими погрешностями и трансформируют только периодическую составляющую броска тока намагничивания. Все эти возможные случаи не позволяют выполнить с помощью НТТ высокочувствительную дифференциальную защиту силовых трансформаторов. Практически принимается ток срабатывания для реле РНТ /с. з ^ 1,3/ном гр, а для ДЗТ /с. з ^ 1,5/ном гр, т. е. больше номинального тока защищаемого трансформатора.
Применяемый в основном в зарубежной практике способ отстройки от броска тока намагничивания с помощью второй гармоники позволяет выполнить дифференциальную защиту с током срабатывания, меньшим номинального тока трансформатора, но имеет известные недостатки: существенное замедление срабатывания при к. з. в зоне и даже возможность отказа при больших кратностях тока к. з., когда во вторичном токе глубоко насыщенных трансформаторов тока дифференциальной защиты появляются четные гармоники. Во избежание отказа отключения поврежденного трансформатора дополнительно устанавливается грубая дифференциальная отсечка.
С помощью полупроводниковых элементов появилась возможность использовать для отстройки от броска тока намагничивания и различие длительности бестоковых пауз в броске тока намагничивания и в токе к.з. при повреждении в трансформаторе (рис. 6-2,а и б). Исследования последних лет показали, что при всех основных вариантах формы кривой броска тока намагничивания имеется бестоковая пауза. Она фиксируется специальной схемой и сравнивается с заранее заданным значением паузы. Если зафиксированная пауза оказывается больше, чем заданное значение, действие защиты запрещается. Дифференциальное реле, использующее этот принцип, названо время-импульсным [2, 21], и на его основе создана дифференциальная защита типа ДЗТ-21. При к.з. в зоне действия защиты бестоковые паузы в токе к. з. могут иметь место лишь при больших кратностях тока, когда происходит глубокое насыщение основных трансформаторов тока дифференциальной защиты. Учитывая возможность бездействия время-импульсного реле, в защите на этот случай предусмотрена дополнительная дифференциальная токовая отсечка с большим током срабатывания.
Предлагаются и другие способы отстройки дифференциальных защит трансформаторов от броска намагничивающего тока, использующие описанные отличия формы кривой этого тока от синусоиды. Например, разработана полупроводниковая приставка к реле серий РНТ-560 и ДЗТ-10, которая загрубляет эти реле при появлении паузы в первой производной броска дифференциального тока. Такая приставка могла бы значительно повысить чувствительность существующих дифференциальных защит трансформаторов к токам к. з.

4. Способы отстройки от тока небаланса при внешнем к. з.

В переходном процессе, возникающем в начальный момент внешнего к. з., кривая тока небаланса в дифференциальной цепи (реле ТД на рис. 6-1, а) аналогична по форме кривой броска тока намагничивания при включении трансформатора (рис. 6-2, а). Поэтому выбранный для защиты способ отстройки от броска тока намагничивания обеспечивает и отстройку от апериодического тока небаланса при внешнем к.з. В этом режиме наибольшую опасность представляет периодическая составляющая тока небаланса, практически прямо пропорциональная периодическому току внешнего к.з. Для выполнения чувствительной дифференциальной защиты необходимо в первую очередь устранить или ограничить ток небаланса, а затем надежно отстроить защиту от максимального значения тока небаланса, которое может иметь место в наиболее неблагоприятных условиях внешнего к. з.
Устранение углового сдвига между вторичными токами в плечах дифференциальной защиты. В трансформаторах со схемой соединения обмоток Y/Д-П имеется угловой сдвиг на 30° между первичными токами соответствующих фаз на сторонах ВН и НН (рис. 1-3). Для устранения подобного сдвига между вторичными токами, который является причиной очень большого тока небаланса [2], принято вторичные обмотки трансформаторов тока ITT, установленных на стороне ВН (рис. 6-3,а), соединять в такой же треугольник, как и обмотка ЯЯ, а вторичные обмотки 2ТТ — в такую же звезду, как и обмотка ВН защищаемого трансформатора. При правильной сборке схемы трансформаторов тока ITT создается сдвиг вторичных токов в плече ВН (12вн на рис. 6-3, в) на такой же угол 30°, как и первичных токов в фазах стороны ЯЯ (Л нн на рис. 6-3, б) и, следовательно, вторичных токов в плече ЯЯ. Этим обеспечивается совпадение по фазе вторичных токов, подводимых к дифференциальным реле (рис. 6-3, в). Поэтому ток в дифференциальных реле всех фаз при отсутствии других причин возникновения тока небаланса

Правильность сборки схемы дифференциальной защиты трансформатора обязательно проверяется перед включением трансформатора и затем после его включения под нагрузку [15].
Устранение неравенства абсолютных значений вторичных токов в плечах дифференциальной защиты. Для того чтобы устранить или свести к минимуму ток небаланса, возникающий по причине неравенства вторичных токов, применяются в основном два способа:
выравнивание вторичных токов, подводимых к дифференциальному реле, с помощью промежуточных трансформаторов тока, включенных в плечи дифференциальной защиты;
выравнивание в самом дифференциальном реле магнитодвижущих сил (м. д. с.), создаваемых неодинаковыми по значению токами плеч дифференциальной защиты.
Первый из способов имеет ряд недостатков и сейчас практически не применяется. Второй способ широко используется благодаря тому, что в типовых дифференциальных реле серий РНТ-560 и ДЗТ-10 предусмотрены специальные уравнительные обмотки с большим числом ответвлений. Если, например, у двухобмоточного трансформатора имеются два значения вторичных токов: 3 и 5 А (ток небаланса равен 2 А), то, подобрав для стороны с током 3 А число витков уравнительной обмотки, равное 10, а для стороны с током 5 А — число витков, равное 6, получим равенство абсолютных значений м. д. с., представляющих произведение числа витков данной обмотки и проходящего по ней тока:
Поскольку магнитодвижущие силы имеют такие же условные направления, что и создающие их токи, разность этих сил в обеих уравнительных (первичных) обмотках НТТ равна нулю (рис. 6-4), ток в его вторичной обмотке w2 равен нулю и, следовательно, ток небаланса в исполнительном органе ИО также равен нулю.

Рис. 6-3. Схема соединения трансформаторов тока и реле дифференциальной токовой защиты двухобмоточного трансформатора Y/Л-11 (а), векторные диаграммы первичных токов фаз А, В и С на сторонах ВН и НН трансформатора (б) и вторичных токов в плечах ВН и НН дифференциальной защиты (в)

В реле серий РНТ-560 и ДЗТ-10 могут быть установлены лишь целые числа витков уравнительных обмоток, поэтому точного равенства м. д. с. удается добиться далеко не всегда. Оставшееся неравенство (небаланс) м.д. с. приводит к появлению

Рис. 6-4. Выравнивание магнитодвижущих сил с помощью уравнительных обмоток дифференциального реле (для одной фазы)
Wyp! = 10 вит.; 0Уур2=6 вит.
тока небаланса, который должен учитываться при выборе тока срабатывания защиты.
Ограничение тока небаланса, вызванного полной погрешностью трансформаторов тока. Правила [1], требуют, чтобы все трансформаторы тока в схемах релейной защиты работали с полной погрешностью не более 10%. Для дифференциальных защит 10%-ная погрешность должна обеспечиваться при максимальном значении тока внешнего к. з. [2, 3 и 5]. В ряде случаев можно добиться, чтобы погрешность трансформаторов тока была ниже 10%, путем уменьшения сопротивления вторичной нагрузки (главным образом при увеличении сечения соединительных проводов) или последовательного включения двух трансформаторов тока на фазу. Однако полностью устранить ток небаланса, вызванный погрешностью трансформаторов тока, невозможно. Поэтому он должен учитываться при выборе тока срабатывания защиты.
Отстройка от тока небаланса. В дифференциальных защитах трансформаторов отстройка от тока небаланса с целью обеспечения несрабатывания защиты при внешних к.з. осуществляется в основном двумя способами:
путем выбора тока срабатывания большим, чем максимальное расчетное значение тока небаланса /нб, по условию (6-2); этот способ используется для защит с реле серии РНТ-560;
путем торможения (загрубления) дифференциальной защиты вторичным током внешнего к.з., циркулирующим в плечах защиты; этот способ используется для защит с реле серии ДЗТ-10.
И в том и в другом случаях необходимо определить максимальное расчетное значение тока небаланса при внешнем к. з.
Расчетное значение тока небаланса. Расчетный ток небаланса в дифференциальных защитах трансформаторов принято представлять в виде суммы трех составляющих [2, 3, 5, 21—23]:

(6-4)
где /нб — составляющая, обусловленная разностью намагничивающих токов трансформаторов тока в плечах дифференциальной защиты; в практических расчетах ее принято считать равной току намагничивания или полной погрешности е худшего из трансформаторов тока защиты; /нб — составляющая, обусловленная регулированием напряжения и, следовательно, изменением первичного тока только на регулируемой стороне трансформатора; Гн’в — составляющая, вызванная неточностью выравнивания м. д. с. с помощью уравнительных обмоток реле с НТТ.
Первая из составляющих, характерная для дифференциальной защиты любого из элементов электроустановок,

/(3)
где /к. макс. вн ~ периодическая составляющая тока при расчетном внешнем трехфазном металлическом к. з.; е — относительное значение тока намагничивания, равное полной погрешности трансформаторов тока; при проектировании принимается равным 0,1 при обязательном выборе трансформаторов тока и сопротивления их вторичной нагрузки по кривым предельных кратностей [5]; в условиях эксплуатации может быть определено по фактическим вольт-амперным характеристикам трансформаторов тока; &апер — коэффициент апериодичности, учитывающий переходный режим; для реле с НТТ может быть принят равным 1, учитывая способность НТТ насыщаться при переходном однополярном токе с формой кривой, аналогичной кривой на рис. 6-2, а; &0Дн — коэффициент однотипности, принимается равным 1; может приниматься равным 0,5, если трансформатор присоединен к сети через два выключателя с одинаковыми трансформаторами тока (но только при рассмотрении внешнего к. з. на этой стороне).
Вторая составляющая, обусловленная регулированием напряжения защищаемого трансформатора и характерная только для дифференциальных защит силовых трансформаторов,

(6-6)
где /а к. макс. вн и /к. макс. вн периодические составляющие ТОКОВ, проходящих при расчетном внешнем к.з. на сторонах, где производится регулирование напряжения (токи приведены к напряжению какой-то одной из сторон трансформатора); ДUma и Д£/*3 — относительные погрешности, обусловленные регулированием напряжения на сторонах защищаемого трансформатора, соответствуют половине суммарного (полного) диапазона регулирования напряжения на соответствующей стороне трансформатора.
Третья составляющая, обусловленная неточностью выравнивания м. д. с. с помощью уравнительных обмоток,
(6-7)
где w\ расч и шц расч — расчетные числа витков уравнительных обмоток; /ik. макс. вн и /п к. макс. вн — периодические составляющие токов к. з., проходящих при расчетном внешнем к. з. на сторонах, где используются соответственно целые числа витков w\ и w\u
Выражения (6-6) и (6-7) составлены применительно к трехобмоточному трансформатору; при двухобмоточном трансформаторе в правой части этих выражений исключаются вторые члены.
Оценка реальных значений тока небаланса. У современных понижающих трансформаторов 110 кВ предусматривается регулирование напряжения под нагрузкой (РПН) на стороне ВН в пределах ±16%, а на стороне СН (35 кВ)—регулирование напряжения на отключенном трансформаторе (ПБВ) в пределах ±5%. Таким образом наибольшие значения ДU*a и Д£/*& в выражении (6-6) равны 0,16 и 0,05 соответственно, а составляющая /нб равна 0,21/к. макс. вн (при к.з. на стороне СН). Принимая 1’иб — 0,I/к. макс. вн и условно считая 1’нб « 0,04/
к. макс. ВН»
с помощью выражения (6-4) получаем максимальное, но вполне реальное значение тока небаланса

При стандартном значении напряжения к. з. между обмотками ВН и СН трехобмоточного трансформатора иквн-сн ж 10% ориентировочное значение /к.макс.вн» 10/НомтР (§2-2). Следовательно, /нб » 3,5/ном Гр.
Если используются реле серии РНТ-560, то ток срабатывания дифференциальной защиты должен быть выбран по условию отстройки от тока небаланса (6-2), а именно:

Дифференциальная защита с такой уставкой считается чрезвычайно грубой и, следовательно, малоэффективной даже в том случае, если для нее будет получен по выражению (6-3) предусмотренный Правилами [1] минимальный коэффициент чувствительности, равный 1,5. Поэтому для трансформаторов 110 кВ, выпускаемых преимущественно с РПН (AU = ±16%), как правило, целесообразнее применять реле серии ДЗТ-10, которые обеспечивают отстройку (несрабатывание) дифференциальной защиты от токов небаланса при внешних к. з. с помощью торможения циркулирующим в плечах защиты током к. з. Такая защита практически всегда может иметь ток срабатывания не более 1,5/ном Тр (§ 6-6).
Для двухобмоточных трансформаторов 35 и 110 кВ в ряде случаев обеспечивается достаточная чувствительность защиты и при использовании реле РНТ, особенно при выполнении расчета уставок не при среднем положении регулятора РПН, как рекомендуется в [23], а при так называемом «оптимальном» положении РПН [5]. Поэтому реле серии РНТ-560 продолжают находить применение наряду с реле серии ДЗТ-10.
5. Дифференциальная защита с реле серии РНТ-560 (без торможения)

Рис. 6-5. Упрощенная схема дифференциальной защиты трансформатора на реле с НТТ серии РНТ-560 (для одной фазы) wji ю2; о>к —первичная, вторичная и короткозамкнутая обмотки НТТ; //О —исполнительный орган (электромагнитное реле РТ-40)
Устройство реле серии РНТ-560 и схема его включения. Упрощенная схема дифференциальной защиты с реле серии РНТ-560 (для одной фазы) приведена на рис. 6-5. Все реле этой серии состоят из НТТ с трехстержневым магнитопроводом, первичной, вторичной и короткозамкнутой обмотками, а также исполнительного органа #0. Реле отличаются друг от друга только количеством рабочих и уравнительных обмоток, составляющих первичную обмотку НТТ [19, 22].
Широко применяемые в распределительных сетях реле РНТ-565 имеют первичную обмотку, состоящую из рабочей обмотки wv и уравнительных ШУР1 И Wyp2 с большим числом ответвлений для наиболее точного выравнивания магнитодвижущих сил, создаваемых неодинаковыми вторичными токами защиты, а также для выполнения уставки срабатывания защиты.
Варианты включения первичной обмотки реле РНТ-565 приведены на рис. 6-6. Для двухобмоточного трансформатора (рис. 6-6, а\ достаточно использовать только уравнительные обмотки. В этом случае зажимы 2 и 6 реле соединяются, а перемычка 2—4 размыкается, т. е. обмотка wP остается разомкнутой. Для трехобмоточного трансформатора используются все три секции первичной обмотки (рис. 6-6, б).
Вторичная обмотка расположена на другом стержне магнитопровода НТТ, к ней подключен исполнительный орган (реле РТ-40) и резистор для подрегулировки его тока срабатывания.
Имеется разъем (накладка) 11—12 для измерения тока небаланса в исполнительном органе (рис. 6-5).
Короткозамкнутая обмотка wK предназначена для эффективной отстройки защиты от апериодической составляющей броска тока намагничивания при включении силового трансформатора, а регулируемый резистор /?к служит для усиления или ослабления этой отстройки. При использовании реле РНТ-565 для защиты трансформаторов устанавливается RK « 3 Ч- 4 Ом (для старых реле РНТ-562 это соответствует положению штепсельных винтов Б—Б). При предельной загрузке трансформаторов

Рис. 6-6. Принципиальная схема включения первичной обмотки НТТ реле РНТ-565 (для одной фазы) на двухобмоточном (а) и трехобмоточном (б) трансформаторе
тока дифференциальной защиты рекомендуется установить /?к« « 0,8-т- 1 Ом, что улучшает отстройку от бросков тока намагничивания. Надежность отстройки дифференциальной защиты от бросков тока намагничивания проверяется опытным путем: пятикратным включением трансформатора под напряжение со стороны основного питания.
Ток срабатывания дифференциальной защиты трансформаторов, выполненной на реле РНТ-565, как правило, определяется в соответствии с формулой (6-2), его значение практически всегда больше, чем ток, выбранный по условию отстройки от броска тока намагничивания трансформатора (1,3/номгр). Ток срабатывания реле определяется по выражению (5-2). Для того чтобы обеспечить этот ток срабатывания, необходимо на рабочей обмотке реле РНТ-565 установить число витков, определяемое по выражению:
(6-8)
где Fc. р — магнитодвижущая сила, необходимая для срабатывания реле, А; для реле РНТ-565 равна 100 ±5 А; для реле РНТ-562 (снятых с производства) 60 ± 4 А.
Указания и примеры расчета уставок дифференциальной защиты с реле РНТ-565 приведены в работах [5 и 23].
Полные схемы дифференциальной защиты трансформаторов с реле серии РТН-565. Типовые схемы дифференциальных защит понижающих трансформаторов разработаны в Руководящих указаниях [23]. Однако в некоторые из этих схем в последние годы были внесены изменения. Во-первых, не должна применяться схема защиты трехобмоточного трансформатора на переменном оперативном токе с дешунтированием электромагнитов управления, в которой в плечо дифференциальной защиты со стороны НН включены последовательно токовые реле максимальной защиты и зашунтированные контактами промежуточных реле этой защиты электромагниты отключения выключателя НН. Это объясняется тем, что после дешунтирования электромагнитов отключения резко увеличивается нагрузка на трансформаторы тока на стороне ЯЯ, возрастает их ток намагничивания и уменьшается вторичный ток, т. е. ток в одном плече дифференциальной защиты. При этом возникает повышенный ток небаланса, который может вызвать излишнее (неселективное) действие дифференциальной защиты при к. з. вне ее зоны. Поэтому реле максимальной защиты и дешунтируемые ЭО должны быть изъяты из цепей дифференциальной защиты и включены на отдельные обмотки трансформаторов тока на стороне НН трансформатора. Это указание относится и к двухобмоточным трансформаторам.

Рис. 6-7. Принципиальная схема включения реле РНТ-565 (ТДА> ТДС) дифференциальной защиты двухобмоточного трансформатора Y/А-11
Во-вторых, не должны применяться на трехобмоточных трансформаторах схемы дифференциальной защиты с реле РНТ, в которых в плече НН установлено только два трансформатора тока, включенные по схеме неполной звезды. При этом на одно из трех реле РНТ со стороны НН подается обратный провод неполной звезды. Известно, что в нормальном нагрузочном режиме в обратном проводе неполной звезды проходит ток, равный по значению фазному току тех фаз, где установлены трансформаторы тока, но имеющий обратное направление. Казалось, что условия для работы всех трех реле одинаковы. Однако в процессе эксплуатации выявилась возможность излишнего срабатывания защиты при внешних к.з. за счет срабатывания именно того реле, на которое со стороны НН подан обратный провод неполной звезды. Исследования показали, что в переходном режиме внешнего к. з. в реле тех двух фаз, где есть трансформаторы тока, проходят однополярные токи небаланса, от которых реле с НТТ хорошо отстроены. В том реле, на которое подан обратный провод, ток небаланса может не иметь апериодической составляющей и реле может сработать при внешнем к.з.
Таким образом схема дифференциальной защиты с реле РНТ с двумя трансформаторами тока на стороне НН может применяться только на двухобмоточных трансформаторах и при условии, что установлено только два реле РНТ (рис. 6-7). В случае применения реле РНТ на трехобмоточных трансформаторах на стороне НН должны быть обязательно установлены три трансформатора тока, а в схеме защиты — три реле. Последнее требование объясняется тем, что на трехобмоточных трансформаторах со схемами соединения обмоток У/У/А или у/Л/У трехрелейная схема имеет в два раза более высокую чувствительность, чем двухрелейная при двухфазных к.з. на стороне НН или С#, где обмотка трансформатора соединена в у. Для трансформаторов У/А двухрелейная и трехрелейная схемы защиты имеют одинаковую чувствительность при к.з. на стороне, где обмотка трансформатора соединена в А (гл. 8).

6-6. Дифференциальная защита с реле серии ДЗТ-10 (с магнитным торможением)

Промышленностью выпускается несколько типов реле серии ДЗТ-10. Наиболее распространенными в распределительных сетях являются реле ДЗТ-11 и ранее выпускавшееся реле ДЗТ-1, имеющие одну тормозную обмотку.
Устройство реле ДЗТ-11 и схема его включения. Упрощенная схема дифференциальной защиты с реле ДЗТ-11 (для одной фазы) приведена на рис. 6-8. На трехстержневом магнитопроводе НТТ, аналогичном тому, который применен в реле серии РНТ, помимо первичной обмотки разделенной на секции wyPi и Wyp2t и вторичной обмотки w2y расположенной на двух крайних стержнях, имеется еще тормозная обмотка кут, расположенная на тех же крайних стержнях. Тормозная обмотка включается в одно из плеч защиты и при внешнем к.з. по ней проходит вторичный ток к.з. Эта обмотка осуществляет «магнитное» торможение, т. е. автоматическое увеличение тока срабатывания защиты (загрубление) по мере увеличения тормозного тока /т, равного вторичному току к. з. Загрубление реле вызывается тем, что ток /т дополнительно насыщает магнитопровод НТТ реле ДЗТ, при этом ухудшается трансформация первичного тока НТТ в его вторичную обмотку w2 и, следовательно, уменьшается ток в исполнительном органе НО.
Зависимость тока срабатывания реле от тормозного тока называется тормозной характеристикой. Для реле с магнитным торможением тормозная характеристика представляется в виде зависимости магнитодвижущей силы, создаваемой рабочей обмоткой НТТ (wр на рис. 6-9, а) при прохождении по ней рабочего тока /Р (FP = Wplp), от магнитодвижущей силы, создаваемой тормозной обмоткой wT при прохождении по ней тормозного ТОКа /т == /2 к. макс. вн (Ft — WtI% к. макс. вн) . Тормозные характеристики реле ДЗТ-11 представлены на рис. 6-9, б [19].

Рис. 6-8. Упрощенная схема дифференциальной защиты трансформатора на реле с НТТ и магнитным торможением серии ДЗТ-10 (для одной фазы) о>р и о>т — первичные рабочая и тормозная обмотки; w% — вторичная обмотка; ИО — исполнительный орган (реле РТ-40)
Из принципиальной схемы (рис. 6-9, а) видно, что при внешнем к. з. по тормозной обмотке проходит вторичный ток к. з., а по рабочей— ток небаланса, который намного меньше, что следует из выражений (6-4) — (6-7). Для обеспечения надежного несрабатывания защиты при внешнем к. з. число витков тормозной обмотки [5, 22, 23]
(6-9)
где /к. макс. вн — периодическая составляющая максимального тока к. з. на той стороне трансформатора, где включена тормозная обмотка, А; /нб — ток небаланса (первичный), определенный по выражениям (6-4) — (6-7), А; Дор — расчетное число витков рабочей обмотки реле на той стороне, где включена тормозная обмотка; kн — коэффициент надежности, принимаемый равным 1,5; tg а = FP/FT — тангенс угла наклона к горизонтальной оси (абсцисс) касательной, проведенной из начала координат к тормозной характеристике, соответствующей минимальному торможению (кривая 2 на рис. 6-9, б), для реле ДЗТ-11 принимается в пределах 0,75— 0,8 [19].
На рис. 6-9, б область, расположенная ниже характеристики 2, является областью надежного несрабатывания защиты (показан разомкнутый контакт реле). Область, расположенная на 10% выше характеристики 1, является областью надежного срабатывания защиты (показан замкнутый контакт реле).
В реле серии ДЗТ-10 (как и в ранее выпускавшемся аналогичном реле ДЗТ-1) отсутствует короткозамкнутая обмотка, имеющаяся в реле серии РНТ. Поэтому реле серии ДЗТ-10 несколько хуже отстроены от броска тока намагничивания при включении трансформатора под напряжение. И по условию надежной отстройки от броска этого тока необходимо устанавливать ток срабатывания дифференциальной защиты с реле серии ДЗТ-10 не менее чем 1,5/НОм тР [2, 22 и 23].
Для обеспечения надежности срабатывания дифференциальной защиты при к. з. в зоне действия на понижающих трансформаторах тормозная обмотка реле ДЗТ-11 (и ДЗТ-1) должна всегда включаться со стороны, противоположной питающей, т. е.

Рис. 6-9. Гокораспределение в дифференциальной защите с торможением (для одной фазы) при внешнем к. з. (а) и тормозные характеристики реле ДЗТ-11 (б)
на стороне НН и СН. Тогда при к.з. в зоне действия защиты торможения не будет.
Условия и примеры расчета уставок дифференциальной защиты с реле ДЗТ-11 (ДЗТ-1) приведены в работах [5 и 23].
Полные схемы дифференциальной защиты трансформаторов с реле ДЗТ-11. Типовые схемы дифференциальных защит понижающих трансформаторов с реле этой серии разработаны в Руководящих указаниях [23]. В дополнение к ним в работе [22] была предложена схема включения тормозной обмотки реле ДЗТ-11 (ДЗТ-1) на сумму токов сторон НН и СН трехобмоточных трансформаторов (рис. 6-10). В этой широко применяемой сейчас схеме тормозная обмотка обтекается током как при внешнем к.з. на стороне ННУ так и при внешнем к.з. на стороне СН. При к. з. в зоне торможение отсутствует.
Для тех случаев когда тормозная обмотка вынужденно включается на сторону, где есть питающий источник, необходимо, кроме расчетного определения чувствительности защиты с учетом торможения [23], произвести проверку надежности
срабатывания реле ДЗТ-11 при к.з. в зоне действия [22 или 5].

Схема включения трех реле типа ДЗТ-11 дифференциальной защиты трехобмоточного трансформатора приведена на рис. 6-11.
Рис. 6-10. Принципиальная схема включения рабочей (шр), уравнительных (a>ypi и Wyp2) и тормозной (дот) обмоток реле ДЗТ-11 на трехобмоточном трансформаторе (для одной фазы)
Тормозная обмотка у всех реле ДЗТ-11 включена в соответствии с рис. 6-10. При этом не предполагается питания трансфор-

Рис. 6-11. Принципиальная схема включения трех реле ДЗТ-11 (ТДТА, ТДТВ, ГДГС) дифференциальной защиты трехобмоточного трансформатора
матора от сети СН при отсутствии основного источника ВН (110—220 кВ). Полная схема защиты двухобмоточного трансформатора, включая дифференциальную защиту с реле ДЗТ-11, приведена на рис. 10-1.

Защита и электроавтоматика силовых трансформаторов и автотрансформаторов (ат)

Все защиты трансформатора можно разделить на две группы: основные и резервные защиты.

Основные защищают трансформатор от внутренних повреждений и ненормальных режимов в самом трансформаторе или на его ошинов­ках.

Резервные защищают обмотки трансформатора от сверхтоков внешних к.з. при повреждениях на присоединениях прилегающей се­ти, а также по возможности резервируют основные защиты трансфор­матора.

Основными защитами трансформатора и АТ являются: диф­ференциальная токовая защита трансформатора, газовая защита трансформатора, газовая защита РПН, токовая отсечка,устанавлива­емая со стороны питания на трансформаторах малой мощности, диф­ференциальная токовая защита ошиновки низшего напряжения АТ, дифференциальная токовая защита ошиновки высшего и среднего нап­ряжения АТ.

Газовая защита трансформатора содержит два элемента: сигнальный и отключающий.

Сигнальный действует на сигнал при слабом газообразовании и при понижении уровня масла.

Отключающий действует на отключение трансформатора со всех сторон с запретом АПВ трансформатора при интенсивном газообразо­вании и движении масла со скоростью 0,6-1,5 м/сек по маслопрово­ду между баком трансформатора и расширителем, а также при даль­нейшем (после срабатывания сигнального элемента) понижении уров­ня масла.

Для защиты от повреждений контакторов РПН применяет­ся газовая защита РПН.

Защита выполняется с помощью струйного реле, устанавливае­мого между баком РПН и расширителем.

Газовая защита РПН действует на отключение трансформатора со всех сторон с запретом АПВ трансформатора.

Сигнальный элемент у струйных реле отсутствует.

Дифференциальная защита трансформатора реагирует на все виды к.з. (за исключением однофазных замыканий на землю в обмотке 6-10-35кВ) в зоне, ограниченной трансформаторами тока (ТТ).

При замене выключателя трансформатора обходным выключателем дифференциальная защита переключается с ТТ заменяемого выключа­теля на ТТ обходного выключателя.

Защита действует на отключение трансформатора со всех сто­рон с запретом АПВ.

Дифференциальная защита ошиновки высшего (среднего) напряжения АТ.

Защита охватывает зону между встроенными ТТ АТ и выносными ТТ выключателей, действует без выдержки времени на отключение АТ со всех сторон без запрета АПВ АТ.

Дифференциальная защита цепей низшего напряжения АТ.

В зону действия этой защиты входят линейный трансформатор, реактор и ошиновка цепей низшего напряжения от встроенных ТТ АТ до выносных ТТ в ячейке ввода низшего напряжения.Защита действу­ет на отключение АТ со всех сторон с запретом АПВ.

В качестве резервной защиты трансформаторов тупиковых и отпаечных подстанций используется максимальная токовая защита (МТЗ) с пуском напряжения или без пуска напряжения.

МТЗ устанавливается на каждой стороне трансформатора. Со стороны питания (110кВ,220кВ) МТЗ, как правило, действует с дву­мя выдержками времени.

С меньшей выдержкой времени на отключение ввода 10кВ, а с большей – на отключение трансформатора со всех сторон.

В случае, когда с высокой стороны трансформатора установле­ны короткозамыкатель и отделитель, основные защиты без выдержки времени, а резервные защиты с наибольшей выдержкой времени дейс-

твуют на включение короткозамыкателя, тем самым создавая искусс­твенное однофазное короткое замыкание, отключаемое защитой пита­ющих линий. В бестоковую паузу (при АПВ питающих линий) произво­дится автоматическое отключение отделителя, после чего повреж­денный трансформатор (автотрансформатор) оказывается полностью отключенным.

Передача команды – импульса на отключение выключателя с пи­тающей стороны линии при повреждении в трансформаторе, не имею­щем выключателя с высокой стороны, может выполняться и без вклю­чения короткозамыкателя (для создания искусственного короткого замыкания).Такая команда может подаваться с помощью телеотключе­ния по высокочастотному каналу.

С целью ближнего резервирования защит трансформатора пре­дусматривается резервная независимая МТЗ-110кВ.

Эта защита является полностью автономной как по цепям то­ка,оперативным цепям, так и по выходным цепям.

Резервная МТЗ-110 с выдержкой времени большей времени сра­батывания основной МТЗ-110 действует на отдельную катушку вклю­чения короткозамыкателя или на отдельную катушку отключения вык­лючателя на стороне 110кВ.

С выдержкой времени большей времени действия защит на вклю­чение короткозамыкателя УРОКЗ действует на отключение отделителя.

При этом допускается разрешение отделителя во имя спасения самого трансформатора.

На отпаечных трансформаторах и тупиковых подстанциях 110кВ могут применяться и одноступенчатые токовые защиты нулевой пос­ледовательности, действующие на отключение трансформатора.

На автотрансформаторах транзитных подстанций с высшим напряжением 220-750кВ в качестве резервных защит используются дистанционные защиты (ДЗ) и направленные токовые защиты нулевой последовательности (НТЗНП).

Дистанционные защиты предназначены для отключения междуфаз­ных к.з., а НТЗНП – для отключения одно- и двухфазных к.з. на землю.

Как правило, на высшей и средней стороне АТ устанавливаются двухступенчатая ДЗ и 3-х ступенчатая НТЗНП.

Оперативное ускорение (О/У) первых или вторых ступеней ДЗ и НТЗНП стороны высшего или среднего напряжения АТ ( время 0,3-0,6 сек) вводится оперативным персоналом в случае вывода из работы дифференциальной защиты трансформатора, дифзащиты ошиновки выс­шего напряжения АТ, дифзащиты шин среднего напряжения.

Цель О/У резервных защит АТ – ускорить действие резервных защит АТ при близких внешних к.з. или к.з. в самом АТ.

Следует отметить, что на время ввода О/У резервных защит, возможно их неселективное действие при к.з. в прилегающей сети.

Резервные защиты АТ стороны высшего напряжения действуют с первой (меньшей) выдержкой времени на отключение всех выключате­лей высшего напряжения, а со второй (большей) – на отключение АТ со всех сторон.

На ПС, имеющих на стороне 330кВ схему первичных соединений “полуторная”, резервные защиты стороны 330кВ АТ действуют с первой (меньшей) выдержкой времени на деление шин 330кВ (отключение всех выключателей В12), со вто­рой – на отключение выключателей 330кВ своего АТ, и с третьей (наибольшей) – на отключение своего АТ со всех сторон.

Резервные защиты стороны среднего напряжения АТ при схеме первичных соединений этой стороны “секционированная С.Ш.” дейс­твуют с первой выдержкой времени на отключение ШСВ, со второй – на отключение своей стороны и с третьей – на отключение АТ со всех сторон.

Такое ступенчатое действие резервных защит позволяет сохра­нить в работе те АТ, которые отделяются от места к.з. после де­ления систем шин.

Автоматическое ускорение (А/У) резервных защит при включении выключателя стороны высшего напряжения (А/У – 750,

А/У-330) и при включении выключателей стороны среднего напряже­ния ( А/У-220, А/У-110) действует на отключение выключателя, включаемого на к.з. ключом управления или устройством ТАПВ.

При этом на каждой стороне АТ ускоряются до 0,4-0,5 сек I и II ступени ДЗ и II ненаправленная ТЗНП.

Индивидуальная защита от непереключения фаз выключате­лей стороны среднего и высшего напряжения АТ.

Защита выполняется только на выключателях с пофазным управ­лением.

Назначение защиты – ликвидация неполнофазного режима, воз­никающего при включении выключателя одной или двумя фазами.

Защита действует на отключение трех фаз включаемого выклю­чателя.

Выдержка времени защиты (0,15 ¶ 0,25 сек) выбрана по усло­вию отстройки от разновременности включения фаз выключателя.

Защита от неполнофазного режима на стороне 330 кВ (750) АТ (ЗНР-330).

Назначение защиты – ликвидация неполнофазного режима, воз­никающего при неполнофазном отключении одного выключателя 330 кВ АТ и трехфазном отключении второго выключателя 330 кВ АТ.

Защита, как правило, действует на отключение АТ со всех сторон.

Выдержка времени ЗНР-330 на 0,3 сек выше выдержки времени индивидуальной защиты от непереключения фаз выключателя.

На АТ-750кВ для контроля состояния изо­ляции вводов 750кВ АТ применяется устройство КИВ-750.

Принцип действия устройства – измерение геометрической сум­мы токов, протекающих под воздействием рабочего напряжения через изоляцию вводов 750 кВ трех фаз.

При исправной изоляции геометрическая сумма токов, входящих в реле типа КИВ, близка к нулю. В случае частичного повреждения изоляции ввода одной из фаз появляется ток небаланса, который фиксируется защитой.

Устройство типа КИВ имеет измерительный элемент для опера­тивного контроля и отключающий элемент.

Отключающий элемент действует на отключение АТ со всех сто­рон.

Защита от перегрузки.

В качестве такой защиты устанавливается токовая защита, действующая с выдержкой времени на сигнал в случае перегрузки по току любой обмотки трансформатора.

На какие повреждения реагирует дифференциальная защита трансформаторов 35 10 кв

Защита силовых трансформаторов.

1.Продольная дифференциальная защита тр-ра, особенности.

Область применения и принцип действия. Дифференциальная защита применяется в качестве основной быстродействующей защиты трансформаторов и автотрансформаторов. Ввиду ее сравнительной сложности дифференциальная защита устанавливается в следующих случаях:

на одиночно работающих трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 6300 кВА и выше;

на параллельно работающих трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 4000 кВА и выше;

на трансформаторах мощностью 1000 кВА и выше, если токовая отсечка не обеспечивает необходимой чувствительности при КЗ на выводах низшего напряжения (kч < 2), а максимальная токовая защита имеет выдержку времени более 1 с.

Рис. 4.1. Прохождение тока КЗ и действие максимальной токовой защиты при повреждении одного из параллельно работающих трансформаторов (автотрансформаторов).

При параллельной работе трансформаторов (автотрансформаторов) дифференциальная защита обеспечивает не только быстрое, но и селективное отключение поврежденного трансформатора (автотрансформатора), что поясняется на рис. 4.1. Если параллельно работающие трансформаторы Т1 и Т2 оснащены только максимальными токовыми защитами, то при повреждении на вводах низшего напряжения трансформатора, например в точке К, подействуют максимальные токовые защиты обоих трансформаторов, а так как их выдержки времени одинаковы, отключатся оба трансформатора. Дифференциальная защита, действующая без выдержки времени, обеспечивает в рассмотренном случае отключение только поврежденного трансформатора.

Согласно выражению (7.2) при прохождении через трансформатор сквозного тока нагрузки или КЗ ток в реле равен:

Рис. 4.2. Принцип действия дифференциальной защиты трансформатора (автотрансформатора):
а — токораспрсделение при сквозном КЗ;
б — то же при КЗ в трансформаторе (в зоне действия дифференциальной защиты)

При принятых выше условиях и пренебрегая током намагничивания трансформатора, который в нормальном режиме имеет малое значение, можно считать, что первичные токи равны Ii = Iп и, следовательно, вторичные токи I₁ = I₂. С учетом этого

Таким образом, если схема дифференциальной защиты выполнена правильно и ТТ имеют точно совпадающие характеристики, то при прохождении через трансформатор тока нагрузки или внешнего КЗ ток в реле отсутствует и дифференциальная защита на такие режимы не реагирует.

Практически вследствие несовпадения характеристик ТТ вторичные токи не равны I_{1 ?} I₂ и поэтому в реле проходит ток небаланса, т. е.

Для того чтобы дифференциальная защита не подействовала от тока небаланса, ее ток срабатывания должен быть больше этого тока, т. е.

Iс,з = kнIр,нб (8.1)

При КЗ в трансформаторе или любом другом месте между ТТ направление токов I_II и I₂ изменится на противоположное, как показано на рис. 4.2, б. При этом ток в реле согласно (7.9) станет равным

Таким образом, при КЗ в зоне дифференциальной защиты в реле проходит полный ток КЗ, деленный на коэффициент трансформации трансформаторов тока. Под влиянием этого тока защита срабатывает и производит отключение поврежденного трансформатора.

Особенности, влияющие на выполнение дифференциальной защиты трансформаторов (автотрансформаторов). Наличие намагничивающего тока, проходящего только со стороны источника питания. Даже в том случае, когда трансформатор (автотрансформатор) имеет коэффициент трансформации, равный единице, и одинаковое соединение обмоток, ток со стороны источника питания больше тока со стороны нагрузки на значение намагничивающего тока.

Намагничивающий ток в нормальном режиме составляет примерно 1—5 % номинального тока трансформатора (автотрансформатора) и поэтому вызывает лишь некоторое увеличение тока небаланса. Иные явления происходят при включении холостого трансформатора (автотрансформатора) под напряжение или при восстановлении напряжения после отключения КЗ. В этих случаях в обмотке трансформатора (автотрансформатора) со стороны источника питания возникает бросок намагничивающего тока, который в первый момент времени в 5—8 раз превышает номинальный ток трансформатора (автотрансформатора), но быстро, в течение 1 с, затухает до значения порядка 20 % номинального тока.

Рис. 4.3. Соотношение вторичных токов в схеме дифференциальной защиты трансформатора и схемы включения промежуточного автотрансформатора тока для выравнивания вторичных токов.

Для предотвращения ложного срабатывания дифференциальной защиты от броска намагничивающего тока ток срабатывания защиты должен быть больше максимального значения намагничивающего тока, т. е.

ток Iнам.max зависит от конструкции трансформатора (автотрансформатора), момента его включения под напряжение и ряда других условий, чрудно поддающихся учету. Поэтому при расчетах дифференциальной защиты ток срабатывания определяется по формуле

где Iном —Для трансформаторов номинальный ток обмотки, имеющей наибольшую мощность; для автотрансформаторов — номинальный ток, определенный по его типовой мощности; kн—коэффициент надежности отстройки, принимаемый равным 1—4 в зависимости от типа реле, используемых в схеме дифференциальной защиты.

Автотрансформаторы характеризуются двумя значениями мощности: номинальной или проходной мощностью s_hom и типовой или расчетной мощностью S_ТИП. Номинальной мощностью автотрансформатора называется та предельная мощность, которая может быть передана через автотрансформатор на стороне высшего напряжения. Типовой мощностью автотрансформатора называется мощность, на которую рассчитаны его обмотки. Номинальная (проходная) и типовая (расчетная) мощности находятся между собой в следующем соотношении;

U_В — номинальное высшее напряжение; Uc — номинальное среднее напряжение.

Неравенство вторичных токов и разнотипность трансформаторов тока. Поскольку у трансформаторов и автотрансформаторов токи со стороны обмоток высшего, среднего и низшего напряжений не равны, трансформаторы тока, выбираемые по номинальным токам обмоток, имеют разные коэффициенты трансформации и различное конструктивное выполнение. Вследствие этого они имеют различные характеристики и погрешности.

Номинальные токи обмоток трансформаторов (автотрансформаторов), как правило, не совпадают со шкалой номинальных токов ТТ. Поэтому при выборе ТТ принимается трансформатор тока, номинальный ток которого является ближайшим большим по отношению к номинальному току обмотки трансформатора (автотрансформатора).

Так, например, номинальные токи обмоток трансформатора мощностью 5600 кВА, напряжением 35/6,6 кВ составляют;

со стороны обмотки 35 кВ

со стороны обмотки 6,6 кВ

При определенных выше номинальных токах ТТ должны иметь коэффициенты трансформации: со стороны 35 кВ—100/5 и со стороны 6,6 кВ — 600/5.

При этом вторичные токи ТТ составляют (рис. 4.3, а):

со стороны обмотки 35 кВ

со стороны обмотки 6,6 кВ

Таким образом, вследствие неравенства вторичных токов в плечах дифференциальной защиты в дифференциальном реле при номинальной нагрузке трансформатора проходит ток небаланса, равный:

При сквозном КЗ этот ток возрастает пропорционально току КЗ, а также вследствие возрастания погрешностей ТТ, имеющих неодинаковые характеристики, что может вызвать ложное действие дифференциальной защиты.

Поэтому для снижения тока небаланса, вызванного неравенством вторичных токов ТТ дифференциальной защиты, производится выравнивание этих токов путем включения специальных промежуточных автотрансформаторов тока TL или путем использования выравнивающих или уравнительных обмоток дифференциальных реле (см. ниже).

Промежуточные автотрансформаторы тока, как показано на рис. 4.3, б и в, могут включаться со стороны обмотки как низшего, так и высшего напряжения. Рекомендуется включать их со стороны более мощных ТТ.

Для рассмотренного выше трансформатора промежуточный автотрансформатор тока TL, установленный со стороны 6,6 кВ (рис. 4.3, б), должен повышать ток с 4,08 до 4,62 А, т. е. должен включаться как повышающий и иметь коэффициент трансформации:

Рис 4.4. Прохождение токов в обмотках трансформатора с соединением обмоток по схеме звезда—треугольник и векторные диаграммы токов, поясняющие образование углового сдвига.

При установке промежуточного автотрансформатора тока со стороны 35 кВ (рис. 4.3, б) он должен понижать ток с 4,62 до 4,08 А, т. е. должен включаться как понижающий и иметь коэффициент трансформации

Неодинаковые схемы соединения обмоток трансформаторов. Рассмотренные выше соотношения токов в схеме дифференциальной защиты справедливы только для трансформаторов, имеющих одинаковые схемы соединения обмоток: звезда—звезда или треугольник—треугольник. При неодинаковых схемах соединения обмоток, например звезда—треугольник, эти соотношения несправедливы, так как токи со стороны обмотки, соединенной в звезду, и токи со стороны обмотки, соединенной в треугольник, оказываются сдвинутыми относительно друг друга на некоторый угол, который зависит от схемы соединения обмоток. Угловой сдвиг токов создает большие токи небаланса в реле дифференциальной защиты. Прохождение токов через трансформатор с соединением обмоток звезда— треугольник и векторные диаграммы, поясняющие образование углового сдвига, показаны на рис 4.4.

Как видно, токи в фазах обмотки, соединенной в звезду, I_АI, I_ВI I_CI и в фазах обмотки, соединенной в треугольник, I_A, I_B, I_C (рис. 4.4, б и в) не имеют углового сдвига. Однако в месте установки трансформаторов тока ТА2 со стороны обмотки, соединенной в треугольник, проходят токи, равные геометрической разности фазных токов (рис. 4.4, г); так, в фазе AII проходит ток I_AII, равный разности фазных токов I_A, и I_B т.е. I_AII = I_A, — I_B, аналогично в фазе BII проходит ток Iв_II= Iв — Iс и в фазе CII ток Iс_II = Iс — Ib. Эти токи, как видно из векторной диаграммы на рис. 4.4, г и д, сдвинуты относительно токов I_АI, I_ВI I_CI на угол 330° по движению часовой стрелки (или на 30° против движения часовой стрелки). Соединение обмоток трансформатора по схеме звезда—треугольник, создающее такой угол между токами, называется 11-й группой.

Рис. 4 5. Прохождение токов и векторные диаграммы токов в схеме дифференциальной защиты трансформатора с соединением обмоток по схеме звезда—треугольник, поясняющие принцип компенсации углового сдвига.

Из рис. 4.4, д видно, что даже при равенстве первичных токов со стороны обмоток, соединенных в звезду и в треугольник, т. е. при i_ai = I_aii, I_bi = I_bii, Ic_I = Ic_II. их геометрическая разность из-за наличия углового сдвига не равна нулю, а равна вектору Iр. Угловой сдвиг первичных токов трансформатора является источником значительных токов небаланса в реле дифференциальной защиты. Поэтому при выполнении дифференциальной защиты трансформаторов производится компенсация углового сдвига вторичных токов путем специального соединения вторичных обмоток ТТ.

Вторичные обмотки трансформаторов тока ТА1, установленных со стороны обмотки ВН трансформатора, соединенной в схему звезды, соединяются в такой же треугольник, как и обмотка НН трансформатора, а вторичные обмотки трансформаторов тока ТА2, установленных со стороны обмотки НН трансформатора, соединенной в схему треугольника, соединяются в такую же звезду, как и обмотка ВН трансформатора.

При таком соединении вторичных обмоток ТТ, как показано на рис. 4.5, в трансформаторах тока ТА1, вторичные обмотки которых соединены в треугольник, создается сдвиг токов на такой же угол, как и в соединенной в треугольник обмотке НН трансформатора, что и обеспечивает совпадение фаз вторичных токов в плечах дифференциальной защиты.

При определении коэффициента трансформации промежуточного автотрансформатора тока в случае соединения одной из групп ТТ в треугольник необходимо учитывать увеличение в 1,73 раза (vЗ) тока, подходящего со стороны этих ТТ.

Если принять, что обмотки рассмотренного выше трансформатора соединены по схеме звезда—треугольник, то ТТ должны быть соединены по схеме рис. 4.5. При этом вторичный ток со стороны обмотки 35 кВ будет равен:

Соответственно разность вторичных токов при отсутствии промежуточного автотрансформатора тока возрастет до

Поэтому промежуточный автотрансформатор тока при установке его со стороны 6,6 кВ должен иметь коэффициент трансформации

а при установке ео стороны 35 кВ

Для уменьшения коэффициента трансформации промежуточного автотрансформатора тока коэффициент трансформации ТТ, устанавливаемых со стороны обмотки трансформатора, соединенной в звезду, выбирается по номинальному току обмотки, увеличенному в 1,73 раза.

Так, для рассмотренного выше трансформатора при номинальном токе обмотки 35 кВ, 92,5 А коэффициент трансформации ТТ выбираетея по току 92,5·1,73 = 160 А и принимается равным 200/5. Тогда вторичный ток ТТ со стороны 35 кВ будет равен;

При этом коэффициент трансформации промежуточного автотрансформатора тока становится близким к единице и равным при уатановке его ео стороны 6,6 кВ

а при установке ео стороны 35 кВ

При таких коэффициентах трансформации промежуточных автотрансформаторов тока их можно вообще не устанавливать.

Наличие токов небаланса в схеме дифференциальной защиты, Токи небаланса в схеме дифференциальной защиты трансформаторов и автотрансформаторов имеют место из-за погрешностей ТТ, из-за изменения коэффициента трансформации защищаемого трансформатора (автотрансформатора) при регулировании напряжения, из-за неточного выравнивания вторичных токов.

Для отстройки дифференциальной защиты от тока небаланса при сквозном КЗ ее ток срабатывания должен удовлетворять условию

где kн—коэффициент надежности отстройки, принимаемый равным 1,3.

Расчетный ток небаланса, определяемый погрешностями ТТ, вычисляется по формуле

где k_А — коэффициент, учитывающий влияние на быстродействующие защиты переходных процессов при КЗ, которые сопровождаются прохождением апериодических составляющих в токе КЗ; принимается равным 1 для реле, имеющих БНТ с короткозамкнутыми обмотками, и равным 2 для реле без БНТ; kодн —коэффициент однотипности условий работы ТТ. принимаемый равным 0,5 в тех случаях, когда ТТ обтекаются близкими по значению токами, и равным 1 в остальных случаях; f == 0,1 —погрешность ТТ, удовлетворяющих 10 %-ной кратности; Iк.мах —наибольший ток при сквозном КЗ.

Расчетный ток небаланса, определяемый изменением коэффициента трансформации защищаемого трансформатора при регулировании напряжения, вычисляется по формулам:

при регулировании в одной стороны трансформатора (автотрансформатора)

при регулировании о двух сторон трансформатора (автотрансформатора)

где D N — половина регулировочного диапазона, для которого производится выравнивание вторичных токов (например, при половине регулировочного диапазона N = ±10%, D N = 0,1).

Расчетный ток небаланса, определяемый неточным выравниванием вторичных токов, вычисляется по формуле

где w I _РАСЧ, w I I _РАСЧ —расчетные числа витков обмоток БНТ реле РНТ для неосновных сторон (сторон с меньшим вторичным током); w I , w I I — принятые числа витков обмоток БНТ реле РНТ для неосновных сторон (ближайшие большие или меньшие целые числа витков); II _К.max и II I K .max —наибольшие значения токов КЗ при сквозном КЗ со стороны, где включены обмотки БНТ с витками w I , и w I I .

Таким образом, суммарный расчетный ток небаланса определяется как сумма трех составляющих, т. е.

Обычно при расчете дифференциальной защиты трансформаторов (автотрансформаторов) вначале определяется ток небаланса как сумма•

Затем после выбора тока срабатывания и определения расчетных чисел витков БНТ реле РНТ определяется дополнительно суммарный ток небаланса по формуле (8.10) и производится уточнение ранее выбранного тока срабатывания.

Коэффициент чувствительности должен быть не менее двух.

2.Конструкция и принцип действия реле РНТ, схемы включения.

Основными элементами реле РНТ являются промежуточный трансформатор (НТТ) и исполнительный орган — реле РТ-40 или ЭТ-521 (рис.4.6).

Промежуточный НТТ имеет два назначения:

1) обеспечивает отстройку реле от токов небаланса при переходных процессах;

2) служит одновременно для выравнивания магнитодвижущих сил (МДС), возникающих под действием различных по величине вторичных токов в плечах дифференциальной защиты.

Рис.4.6. Принцип выполнения реле РНТ

Промежуточный НТТ имеет трехстержневой сердечник. На левом стержне расположена вторичная обмотка w_ВТ, к которой подключено исполнительное реле. На среднем стержне магнитопровода расположены три или две первичные обмотки w_П, включаемые в токовые цепи дифференциальной защиты. Кроме того, на среднем и правом стержнях размещены две секции w‘_K и w«_K короткозамкнутой обмотки, используемой для улучшения отстройки защиты от «бросков» намагничивающих токов силовых трансформаторов и токов небаланса в переходном режиме при внешних КЗ.

При повреждении в зоне действия дифференциальной защиты, когда ток в первичной обмотке Iп быстро делается синусоидальным, происходит непосредственная трансформация из первичной обмотки wп во вторичную w_{ВТ ,} и в часть короткозамкнутой обмотки w‘_K, откуда он поступает в другую часть короткозамкнутой обмотки w«_K . Магнитные потоки среднего и правого стержней Фсред и Фк суммируются и образуют поток в левом стержне, обусловливающий ток I₂ во вторичной обмотке w_ВТ и обмотке реле КА. Таким образом, переменный ток из первичных обмоток трансформируется двумя путями: при помощи прямой трансформации из w_П во вторичную обмотку и двойной трансформацией из w_П в w’_K, а затем из w»_K в w_ВТ. При токе I₂, превышающем ток срабатывания реле, защита действует.

При внешних КЗ апериодическая составляющая практически не трансформируется в короткозамкнутый контур. Апериодическая слагающая первичного тока I п создает в среднем стержне апериодический поток, разветвляющийся в левый и правый стержни. Апериодические потоки в среднем и правом стержнях ухудшают трансформацию. Из обмотки wп в обмотку w‘_K, а затем и в обмотку w_ВТ (за счет насыщения стержней). Апериодический поток среднего и левого стержней уменьшает прямую трансформацию переменного тока из первичной обмотки во вторичную w_ВТ и дополнительно ухудшает вторичную трансформацию из короткозамкнутой обмотки w«_K в обмотку w_ВТ. Таким образом, апериодический ток особенно сильно ослабляет двойную трансформацию, этим и достигается значительное увеличение тока срабатывания (загрубление) реле при наличии апериодической слагающей. При увеличении числа витков короткозамкнутой обмотки или уменьшении сопротивления Rк двойная трансформация проявляется сильнее, и, следовательно, сильнее действует апериодический ток на загрубление реле.

Но, изменяя число витков короткозамкнутой обмотки, важно сохранить неизменной уставку реле по переменному току, т.е. МДС срабатывания. Fср при подаче в первичную обмотку тока, не содержащего апериодической составляющей, не должна зависеть от изменения условий двойной трансформации.

На реле РНТ старого исполнения (РНТ-562 — РНТ-564) число витков короткозамкнутой обмотки регулируют обычно таким образом, чтобы отношение w»_K / w’_K оставалось постоянным. В этом случае магнитные потоки в среднем Фсред и правом Фк стержнях насыщающегося трансформатора обеспечивают неизменный результирующий поток в левом стержне Фр, что обусловливает неизменность уставки реле по переменному току.

Рис.4.7. Кривые, характеризующие коэффициент смещения Ксм при:
а — синусоидальном токе; б — несинусоидальном токе

Если в цепь короткозамкнутой обмотки ввести активное сопротивление Rк при неизменном числе витков w»_K и w’_K, то им можно влиять на двойную трансформацию так же, как и изменением числа витков короткозамкнутой обмотки. При этом поток двойной трансформации Фк проявляется сильнее при уменьшении Фк. У реле новых образцов (РНТ-565 — РНТ-567) уставка на короткозамкнутой обмотке регулируется активным сопротивлением Rк, включенным последовательно в цепь короткозамкнутой обмотки. Число витков короткозамкнутой обмотки не регулируется.

Таким образом, при наличии в токе Iп проходящем в первичной обмотке НТТ, апериодической составляющей автоматическое загрубление реле происходит по двум причинам: из-за насыщения сердечника НТТ и за счет влияния короткозамкнутой обмотки, которая особенно сильно ослабляет трансформацию части периодической составляющей тока небаланса, претерпевающей двойную трансформацию.

Относительный ток срабатывания

где Iср.п —переменная составляющая тока срабатывания при наличии постоянной (апериодической) составляющей; Iср sin — синусоидальный ток срабатывания реле при отсутствии постоянной (апериодической) составляющей.

Коэффициент смещения k = Iсм.а/Iср.п где Iсм.а — постоянная (апериодическая) составляющая тока в реле; Iср.п —та же что и в предыдущей формуле, переменная составляющая тока срабатывания при наличии постоянной (апериодической) составляющей.

Быстронасыщающийся трансформатор реле РНТ-565 является одновременно и промежуточным трансформатором для компенсации неравенства вторичных токов в плечах дифференциальной защиты и имеет для этой цели специальные уравнительные обмотки. Ток во вторичной обмотке БНТ, к которой подключено реле, определяется суммарным магнитным потоком в сердечнике, который создается как рабочей, так и уравнительными обмотками. Для того чтобы при прохождении через трансформатор сквозного тока нагрузки или КЗ ток во вторичной обмотке был равен нулю, необходимо правильно включить рабочую и уравнительные обмотки в дифференциальную схему и так подобрать числа витков обмоток, чтобы компенсировать неравенство вторичных токов ТТ и установить необходимый ток срабатывания.

Рис. 4.8. Принципиальная схема токовых Рис. 4.9. Принципиальная схема токовых цепей
цепей дифференциальной защиты двухобмоточного дифференциальной защиты трехобмоточного
трансформатора с реле типа РНТ-565 (РНТ-562). трансформатора с реле типа РНТ-565 (РНТ-562).

При выполнении дифференциальной защиты двухобмоточного трансформатора (рис. 4.8) цепи от ТТ с обеих его сторон присоединяются к уравнительным обмоткам Y₁ и Y₂ так, чтобы при прохождении через трансформатор сквозного тока токи в уравнительных обмотках были направлены встречно. В принципе для компенсации неравенства вторичных токов ТТ можно было бы использовать только одну уравнительную обмотку БНТ. Однако при использовании обеих обмоток обеспечивается более точная компенсация неравенства вторичных токов.

3.Конструкция и принцип действия реле ДЗТ. Тормозная характеристика, схемы включения.

Дифференциальная защита с торможением. Для повышения чувствительности дифференциальной защиты в таких случаях используются реле КА W с тормозным действием типа ДЗТ. У таких реле на БНТ кроме обмоток, аналогичных тем, что имеются у реле типа РНТ, расположены дополнительно одна или несколько тормозных обмоток. Включение реле с одной тормозной обмоткой типа ДЗТ-11 показано на рис. 4.10.

Рис. 4.10. Принципиальная схема токовых цепей дифференциальной защиты с реле ДЗТ-11 для двухобмоточного трансформатора:
а — схема включения реле: б — тормозная характеристика зависимости тока срабатывания Iс.р от тока в тормозной обмотке Iт.о

Тормозная обмотка Т, включенная в плечо дифференциальной защиты, по которой проходит ток сквозного КД, подмагничивает сердечник БНТ, что приводит к увеличению тока срабатывания реле. Зависимость тока срабатывания реле ДЗТ от тока, проходящего в тормозной обмотке, показана на рис. 4.10, б. Эта зависимость, называемая тормозной характеристикой, показывает, что при увеличении тока сквозного КЗ ток срабатывания также возрастает, что обеспечивает отстройку от увеличивающихся токов небаланса.

Промышленностью выпускается реле с одной тормозной обмоткой типа ДЗТ-11, с тремя тормозными обмотками типа ДЗТ-13 и с четырьмя тормозными обмотками типа ДЗТ-14.

Для защиты трансформаторов и автотрансформаторов большой мощности в Советском Союзе освоен выпуск дифференциальной защиты с торможением типов ДЗТ-21 и ДЗТ-23, в которых применен новый принцип отстройки от бросков тока намагничивания и токов небаланса. Эта защита обладает более высокой чувствительностью, быстродействием и потребляет меньшую мощность по сравнению с применяемыми в настоящее время защитами, использующими насыщающиеся трансформаторы тока [50].

На дифференциальных защитах с реле ДЗТ-21 и ДЗТ-23 может быть выполнена минимальная уставка по току срабатывания 0,3Iном трансформатора. Для отстройки от бросков намагничивающего тока силовых трансформаторов (автотрансформаторов) и переходных токов небаланса используется время-импульсный принцип блокирования защиты в сочетании с торможением от составляющих второй гармонической тока, содержащихся, как показывает анализ, в токах намагничивания.

Рис. 4.11. Временные диаграммы, поясняющие принцип действия дифференциальной защиты с реле типа ДЗТ-21:
а — выпрямленный рабочий ток в реле при броске тока намагничивания; б — то же при симметричном токе КЗ; в — импульсы и паузы на выходе органа, формирующего импульсы при броске тока намагничивания; г — то же при симметричном токе КЗ

Рис. 4.12. Однолинейная структурная схема защиты ДЗТ-21.

Сочетание в ДЗТ-21 (ДЗТ-23) двух указанных способов позволяет обеспечить отстройку защиты от бросков тока намагничивания при необходимых быстродействии и чувствительности. В защите предусмотрено также торможение от фазных токов в двух плечах защиты, улучшающее отстройку от установившихся и переходных токов небаланса. При больших кратностях тока в защищаемой зоне, особенно при наличии апериодической составляющей, может наступить насыщение ТТ защиты При этом во вторичных токах ТТ появляются паузы которые могут вызвать замедление иль отказ защиты. Для обеспечения надежности и быстродействия защиты в этих режимах в схеме предусмотрена дополнительная отсечка

Реле ДЗТ 21 (ДЗТ-23) выполнено трехфазным в четырехмодульной кассете три фазных модуля (по числу фаз) и четвертый общий модуль питания и управления (стабилизатор питания полупроводниковых цепей, выходное промежуточное реле, сигнализация и т. д ).

Рис. 4.13. Характеристика срабатывания защиты ДЗТ в зависимости от тормозного тока .

Однолинейная структурная схема защиты приведена на рис 4 12, она содержит- промежуточные автотрансформаторы TL1 и TL2 для выравнивания вторичных токов, промежуточные трансформаторы TL3, TL4 и выпрямители VS1, VS2, через которые формируется тормозной ток плечей защиты, подаваемый к реагирующему органу РО, стабилитрон VD, включенный последовательно в тормозную цепь и обеспечивающий при небольших токах работу защиты без торможения (рис. 4 12); трансреактор TAV, к вторичным обмоткам которого подключено через выпрямитель VS3 реле дифференциальной отсечки К.А и цепь торможения от тока второй гармоники, фильтр тока второй гармоники ZF и выпрямитель VS4, через которые подается к РО тормозной ток второй гармоники; устройства формирования, подготавливающие токи смещения, подаваемые в РО, пропорциональные тормозным токам

Рис. 4.14. Принципиальная схема фазного модуля МРЗД

Рис. 4.15. Схема реагирующего органа Э1 дифференциального реле

Принципиальная схема фазного модуля МРЗД (рис. 4.14) содержит следующие основные узлы: рабочую цепь; упрощенную цепь торможения от тока второй гармоники; цепь торможения от токов в плечах защиты; реагирующий орган.

Рабочая цепь состоит из трансреактора TAV (обмотка w2), выпрямительного моста на диодах VDI—VD4 и резисторов R8, R9. Обмоточные данные трансреактора и значения сопротивлении резисторов R8, R9 и R3 подобраны так, что постоянная времени вторичной цепи трансреактора составляет 0,06 периода промышленной частоты. Такое значение постоянной времени позволило улучшить отстройку от “трансформированных” токов включения примерно в 3—5 раз. В то же время апериодическая составляющая тока КЗ в защищаемой зоне поглощается ветвью намагничивания трансреактора практически полностью за 0,18 Т (Т—постоянная времени вторичной цепи TAV). Благодаря этому реле не замедляется при синусоидальных токах КЗ с апериодической составляющей. К выпрямительному мосту VDI—VD4 через диод VD5, резисторы R2, R4*, R5*, конденсатор CI подключено реле КА с магнитоуправляемым контактом. С помощью этих элементов осуществляется дифференциальная отсечка, обеспечивающая надежную работу защиты при больших (более 40 %) погрешностях ТТ.

С помощью переключателя SX2 можно получить уставку отсечки 6Iном отв или 9Iном, отв (отклонение не более ±10%), где Iном отв—номинальное значение ответвления на трансреакторе, выбираемое близким к номинальному току трансформатора или автотрансформатора.

Конденсатор С5, подключенный параллельно обмотке w2 трансреактора, предназначен для защиты рабочей цепи от высокочастотных помех (при частотах более 1000 Гц).

Цепь торможения от токов второй гармоники состоит из трансреактора TAV (обмотка w3), резисторов R3, R10, фильтра второй гармоники L—С2, выпрямительного моста на диодах VD10—VD13, сглаживающего конденсатора С4 и разделительного диода VD14.

Существенным недостатком дифференциальных реле, использующих принцип торможения от второй гармонической составляющей, является замедление их срабатывания при КЗ в зоне, что обусловлено появлением больших значений токов второй гармоники при насыщении ТТ. Для устранения указанного замедления в схему цепи торможения от второй гармонической составляющей введены стабилитроны, которые ограничивают тормозной сигнал на уровне, соответствующем периодическому броску намагничивающего тока с амплитудой 2Iном, отв.

Рис. 4.16. Структурная схема реагирующего органа

Рис. 4.17- Диаграммы, поясняющие принцип работы реагирующего органа реле ДЗТ-21 при КЗ в зоне.

Цепь торможения от токов в плечах защиты состоит из промежуточных трансформаторов TL1 и TL2, выпрямительных мостов VS1 и VS2, диодов VD6, VD7, стабилитронов VD8, VD9, сглаживающего конденсатора СЗ и резисторов Rl, R6. Rll. R12.

Тормозные характеристики реле показаны на рис. 4.12. Регулирование коэффициента торможения производится с помощью переменного резистора R12. Благодаря наличию стабилитронов VD8, VD9 в начальной части тормозных характеристик имеется горизонтальный участок. Он обеспечивает работу защиты без торможения при тормозных токах, меньших Iном, отв или 0,6Iном, отв (изменяется переключением накладки SX.3).

В схеме тормозной цепи реле предусмотрены выводы ХТ2/6а и ХТ2/7а для подключения одной или двух приставок дополнительного торможения.

Схема реагирующего органа РО дифференциального реле приведена на рис 4.15, а принцип действия поясняется диаграммами на рис. 4.15. Реагирующий орган состоит из релейного формирователя РФ, элемента выдержки времени на возврат Вв (5 мс) и элемента выдержки времени на срабатывание Вср (22 мс).

Релейный формирователь прямоугольных импульсов РФ выполнен по схеме усилителя-ограничителя на транзисторе VTI. В элемент Вв входят зарядная цепь R12*—С2 и пороговый орган, выполненный на транзисторах VT2, VT3 и делителе напряжения R16, R17. В элемент Вср входят зарядная цепь R12*—С2 и пороговый орган на транзисторах VT4, VT5 и делителе напряжения R16, RI7.

Регулирование тока срабатывания РФ и, следовательно, тока срабатывания защиты при отсутствии торможения производится с помощью резистора R13, подключенного к выводам 17 и 1 РО (см. рис 4.14).

Для получения релейной характеристики РО в его схему введена цепь положительной обратной связи, действующая на увеличение уставки элемента Вв. Увеличение уставки элемента Вв после срабатывания РО позволяет улучшить работу реле при токах КЗ с апериодической составляющей. В первом периоде после возникновения КЗ степень насыщения ТТ значительно меньше, чем во втором периоде, и длительность пауз на заданном уровне измерения также меньше. Поэтому РО, сработав в первом периоде, будет удерживаться в последующих благодаря увеличению уставки по длительности паузы. Положительная обратная связь в РО осуществляется подключением диода VD7 между выходом РО и средней точкой делителя R6. R7. К этой же точке подключено зарядное сопротивление R5 элемента Bв.

В нормальном режиме и режиме внешнего КЗ ток на выходе РО мал, поэтому сигнал на выходе релейного формирователя прямоугольных импульсов РФ (рис. 4.16) равен нулю. Сигналы на выходе органов Bв и Вср также равны нулю.

Рис. 4.18. Схема модуля питания защиты ДЗТ-21.

При этом транзистор VT1 открыт, конденсатор С1 заряжен, транзисторы VT2 и VT3 открыты, конденсатор С2 разряжен, транзисторы VT4 и VT5 открыты. Сигнал на выходе РО равен нулю.

При появлении на входе РО синусоидального тока, выпрямленного по схеме двухполупериодного выпрямления и превышающего ток срабатывания РФ, транзистор VT1 начинает периодически закрываться и открываться (рис. 4.15). При закрывании транзистора VT1 конденсатор С1 разряжается через диод VD6 и резистор R4, транзисторы VT2 и VT3 закрываются и конденсатор С2 начинает заряжаться.

При последующем открывании VT1 диод VD6 закрывается и конденсатор С1 заряжается через резистор R5*. Если длительность открытого состояния транзистора VT1 (длительность пауз) велика, то конденсатор С1 успевает зарядиться до напряжения, равного опорному; транзисторы VT2 и VT3 открываются на время, достаточное для полного разряда конденсатора С2 (0,25—0,75 мс). При этом транзисторы VT4 и VT5 остаются открытыми и сигнал на выходе РО равен нулю.

При увеличении тока на входе РФ до значения, превышающего ток срабатывания реле, длительность открытого состояния VT1 уменьшается и конденсатор С1 не успевает зарядиться до напряжения, равного опорному. Транзисторы VT2 и VT3 в этом случае остаются закрытыми и конденсатор С2 заряжается до напряжения, достаточного для выхода транзисторов VT4 и VT5 из насыщения. При этом снижается потенциал выхода РО, диод VD7 закрывается и потенциал средней точки делителя R6. R7 снижается. Это приводит к увеличению времени заряда конденсатора С1 до значения, при котором напряжение станет равным опорному, т. е. к изменению уставки элемента Вв. Поэтому транзистор VT2 продолжает оставаться закрытым (проявление релейной характеристики РО), а транзисторы VT4 и VT5 переходят в режим отсечки. На выходе РО появляется сигнал, равный 1.

Для повышения помехоустойчивости реле при появлении высокочастотной помехи в схеме РО установлен конденсатор СЗ, создающий задержку на срабатывание РФ около 0,4 мс.

Модуль питания. Схема модуля питания (МПУ) защиты (рис. 4.18) содержит следующие узлы: усилитель, выполненный на транзисторах VT1 и VT2; параметрический стабилизатор питания, выполненный на стабилитронах VD1—VD5. диоде VD6.1 и резисторах R1—R4; выходное реле защиты.

Усилитель имеет на входе схему ИЛИ на диодах VD1—VD3 и служит для связи выходов РО дифференциальных реле каждой фазы с промежуточным реле K.L1 (геркон). Дифференциальные отсечки (см. выше) также действуют через реле KL1.

Контакт промежуточного реле KL1.1 находится в цепи обмотки выходного промежуточного реле KL4. Искрогасящий контур R6—С2 и диоды VD7.1 и VD7.2 улучшают условия переключения герметизированного контакта.

В схеме параметрического стабилизатора питания стабилитроны VD1—VD3 и диод VD6.1 служат для некоторой компенсации разброса напряжений стабилизации стабилитронов VD4 и VD5 соответственно. Номинальные напряжения питания полупроводниковых цепей —13 и +6 В.

Диод VD6.2 защищает полупроводниковые приборы от повреждения при подаче не МПУ напряжения обратной полярности. Конденсатор С1 служит для предотвращения влияния помех по цепям питания на реагирующие органы реле.

В схеме МПУ защиты ДЗТ-21 предусмотрены вывод XT 1/9с, позволяющий подключать последовательно с обмоткой реле KL4 указательное реле РУ-21, и вывод ХТ1/0а, позволяющий при необходимости подключать дополнительное выходное промежуточное реле.

Защита ДЗТ-23 имеет несколько отличающуюся схему МПУ и пофазный выход.

4.Расчет уставок диф.защты тр-ра с реле РНТ и ДЗТ.

Принципы расчета. Выбор уставок и схемы включения защиты в основном сводится к расчету минимального тока срабатывания и коэффициента торможения чувствительного органа; выбору тока срабатывания отсечки; определению ответвлении в плечах рабочей и тормозной цепей, включая при необходимости выбор ответвлений выравнивающих автотрансформаторов; расчету чувствительности.

Первичный минимальный ток срабатывания защиты (ее чувствительного органа) при отсутствии торможения I_{C3 min} выбирается по следующим условиям.

1. Отстройка от расчетного первичного тока небаланса в режиме внешнего КЗ, соответствующем началу торможения I_{HB, ТОРМ, НАЧ},

где k_ОТС — коэффициент отстройки, учитывающий погрешности реле, ошибки расчета и необходимый запас, принимаемый равным 1,5; 2. Отстройка от броска намагничивающего тока при включении ненагруженного трансформатора (автотрансформатора) под напряжение

где k — коэффициент, учитывающий времяимпульсный принцип отстройки от бросков тока намагничивания и наличие торможения от второй гармоники, принимается равным 0,3; k_ВЫГ — коэффициент выгодности, равный отношению типовой (электромагнитной) мощности S _ТИП автотрансформатора к его номинальной (проходной) мощности S_НОМ и учитывающий, что бросок намагничивающего тока определяется объемом железа, соответствующим его типовой мощности:

U_{НОМ ВН} и U_{НОМ СН} — высшее и среднее номинальные напряжения автотрансформатора; I_HOM — номинальный ток, соответствующий номинальной проходной мощности.

Для трансформатора принимается равным 1. Следует отметить, что включение в зону действия защиты автотрансформатора линейного регулировочного трансформатора, устанавливаемого на стороне низшего напряжения, практически не влияет на рассматриваемое условие отстройки от броска намагничивающего тока автотрансформатора.

3. Обеспечение недействия защиты от тока небаланса переходного режима внешнего КЗ. Гарантируется заводом-изготовителем при:

где I_HОМ — то же, что и в (2).

Указанное условие определяется тем, что недействие защиты в переходном режиме внешнего КЗ обеспечивается совокупностью ряда факторов, действующих на загрубление защиты (форма кривой тока небаланса, торможение от второй гармоники, наличие процентного торможения от токов плеч защиты), дающих гарантированный эффект при минимальном токе срабатывания защиты, удовлетворяющем (4).

Условие 2 для автотрансформаторов не является расчетным, так как обеспечивается при меньших значениях I_{C.3 min}, чем условие 3.

За расчетное значение I_{C.3 min} принимается большее из значений, получаемых по условиям 1 и 3.

Расчетный первичный ток небаланса I _{НБ, ТОРМ, НАЧ}. входящий в (1), может быть определен как сумма трех составляющих:

I _{НБ, ТОРМ, НАЧ} — составляющая, обусловленная погрешностью трансформаторов тока; I’_{НБ, ТОРМ, НАЧ} — составляющая, обусловленная регулированием напряжения защищаемого трансформатора (автотрансформатора); I»_{НБ, ТОРМ, НАЧ} — составляющая, обусловленная несовпадением расчетных токов и номинальных токов используемых ответвлений автотрансформаторов тока типов АТ-31 и АТ-32 или трансреактора реле ТАК

Все три составляющие тока небаланса рассчитываются в режиме, соответствующем началу торможения (когда полусумма вторичных тормозных токов равна току начала торможения I _{ТОРМ, НАЧ} .

За расчетный принимается режим, при котором сумма трех составляющих тока небаланса будет максимальной. Этот режим не обязательно соответствует максимальному значению каждой из трех составляющих тока небаланса и максимальному значению тока I _{ТОРМ, НАЧ},_П и выбирается из нескольких рассматриваемых режимов.

Составляющая I’_{НБ, ТОРМ, НАЧ} определяется по выражению

где k_ПЕР — коэффициент, учитывающий наличие апериодической составляющей тока, принимается равным 1; k_ОДН — коэффициент однотипности трансформаторов тока. При внешних КЗ на той стороне, где защищаемое оборудование имеет два присоединения и трансформаторы тока рассматриваемой защиты установлены в цепях этих присоединений (защита имеет два плеча), k_ОДН принимается равным 0,5-1, причем меньшее из указанных значений принимается в случаях, когда трансформаторы тока обтекаются мало различающимися между собой токами и примерно одинаково нагружены. При внешних КЗ на сторонах, где защищаемое оборудование имеет одно присоединение k_ОДН) следует принимать равным 1; ? — относительное значение полной погрешности трансформаторов тока, соответствующее режиму начала торможения. С учетом дополнительной погрешности, вносимой выравнивающими автотрансформаторами тока, ? принимается равным 5% первичного тока, проходящего по одному наиболее нагруженному плечу защиты в режиме, соответствующем началу торможения. Если в наиболее нагруженном плече защиты выравнивающие автотрансформаторы не используются, то погрешность е может приниматься равной 3% указанного тока. Однако при этом должна быть проведена сравнительная оценка погрешности ? от токов, проходящих в других плечах защиты, в которых установлены выравнивающие автотрансформаторы. Значения ?, равные 3 или 5%, принимаются с учетом того, что нагрузка трансформаторов тока высокого напряжения при протекании сквозного тока, равного номинальному, не превышает номинальной; I _{ТОРМ, НАЧ, П} — тормозной ток, соответствующий началу торможения, определяемый по (19) или (20). Составляющая I»_{НБ, ТОРМ, НАЧ} определяется по выражению

где ? U_a и ? Ub — относительные погрешности, обусловленные регулированием напряжения на сторонах защищаемого трансформатора и принимаемые равными половине действительного суммарного диапазона регулирования на соответствующей стороне; k_ТОК a и k_ТОК b — коэффициенты токораспределения, равные отношению слагающих тока I _{ТОРМ, НАЧ, П} проходящих на сторонах, где производится регулирование напряжения, к полному току I _{ТОРМ, НАЧ, П.}

Максимальное значение I»_{НБ, ТОРМ, НАЧ} будет в режиме, когда

полностью проходит по сторонам, где производится регулирование напряжения.

Выражение (7) составлено применительно к трехобмоточному трансформатору и автотрансформатору, для двухобмоточного трансформатора в правой части формулы (7) исключается второй член, принимается равным 1.

Составляющая I»_{НБ, ТОРМ, НАЧ} определяется по выражению

где I_{ОТВ, РАСЧ 1}, I_{ОТВ,РАСЧ2,}.-., I_{ОТВ, РАСЧ} п — расчетные значения токов в плечах 1,2. п неосновных сторон для выбора схемы включения выравнивающих автотрансформаторов или ответвлений трансреактора реле TAV, соответствующих принятому включению (ответвлению) в плече основной стороны I_{ОТВ, РАСЧ, НЕОСН} (общее обозначение I_{ОТВ, РАСЧ, НЕОСН});

I_ОТВ,НОМ1 I_ОТВ,НОМ2 •••• I_ОТВ,НОМ,N — ближайшие к расчетным номинальные токи принятых ответвлений выравнивающих трансформаторов или трансреактора реле TAV в плечах 1, 2,…,п неосновных сторон (общее обозначение I_ОТВ,НОМ, _НЕОСН); k_tok1, k_tok2,.-., k_tok,п — коэффициенты токораспределения, равные отношению слагающих тока I_{ТОРМ, НАЧ.П} проходящих в плечах 1,2, … n, неосновных сторон к полному току I_{ТОРМ, НАЧ.П} — Знак + или — в (8) определяется направлением составляющих тока I_{ТОРМ, НАЧ.П} при одинаковом направлении составляющих тока (например, к защищаемому оборудованию) используется знак +, при противоположном -.

Максимальное значение I’_{НБ, ТОРМ, НАЧ} будет в режиме, при котором направление составляющих тока I_{ТОРМ, НАЧ.П} неосновных сторон будет одинаковым, а k_tok будет максимальным на тех сторонах где максимальны значения

Выражение (8) составлено применительно к защищаемому оборудованию, имеющему п плеч дифференциальной защиты. При наличии трех плеч защиты в правой части (8) остаются только два первых члена с индексами 1 и 2. При наличии двух плеч (например, двухобмоточный трансформатор) в правой части (8) остается только первый член с индексом 1 и k_{tok i} = 1.

Для плеч защиты основной стороны номинальный ток ответвления трансреактора реле ТА V или выравнивающих автотрансформаторов I_ОТВ,НОМ,ОСН последние используются в рассматриваемом плече, выбирается исходя из вторичного тока в этом плече защиты I_ОТВ,В,ОСН соответствующего номинальной мощности защищаемого оборудования. Расчет дифференциальной защиты блока генератор-трансформатор (автотрансформатор) ведется по номинальной мощности трансформатора (автотрансформатора)

Вторичный ток в плече защиты, соответствующий номинальной мощности защищаемого оборудования,

где I_НОМ — номинальный первичный ток, соответствующий номинальной мощности защищаемого оборудования; K_I и k_CX — соответственно коэффициент трансформации трансформаторов тока и коэффициент схемы для расчетного плеча защиты.

За основную сторону обычно принимается сторона, которой соответствует наибольший из вторичных токов в плечах защиты, так как при этом в общем случае третья составляющая тока небаланса получается меньше. Если токи в плечах различаются незначительно, то за основную сторону целесообразно принять сторону основного питания, так как это несколько упрощает расчеты чувствительности. Для плеч защиты неосновных сторон номинальный ток ответвлений трансреактора реле ТА V или выравнивающих автотрансформаторов (при их использовании) I_ОТВ,НОМ,HEОСН выбирается исходя из вторичного тока I_ОТВ,НОМ,HEОСН в плече защиты на рассматриваемой неосновной стороне, соответствующего номинальной мощности защищаемого оборудования и выбранного ответвления I_ОТВ,НОМ,ОСН для основной стороны

По выражениям (9) и (11) принимаются ответвления с номинальным током, равным расчетному или ближайшим меньшим. Для выравнивающих автотрансформаторов выбранные ответвления являются первичными (со стороны трансформаторов тока высокого напряжения).

Такой выбор необходим для обеспечения возможности выставления не реле уставки относительного минимального тока срабатывания («P» отсутствии торможения), соответствующей наименьшему возможному значению первичного минимального тока срабатывания защиты I_{C,3 min} ? 0,3 I_НОМ

где I_{C,P min} — абсолютное значение минимального тока срабатывания реле (при отсутствии торможения); I_{ОТВ, НОМ} — номинальный ток ответвлений ТА V или выравнивающих автотрансформаторов в рассматриваемом плече защиты.

Если преобразовать (12) с учетом (10) и выражений

При использовании выравнивающих автотрансформаторов АТ-31 и АТ-32 первичное ответвление AT со стороны трансформаторов тока высокого напряжения I_ОТВ,НОМ _AT1 может быть выражено через вторичное ответвление AT со стороны трансреактора TAV I_ОТВ,НОМ _АТ2 и коэффициент трансформации AT К_ат

В этом случае выражение (15) с учетом того, что I_ОТВ,НОМ _АТ2 должен быть всегда равен номинальному току одного из ответвлений ТА V I_ОТВ,НОМ _АТV, примет вид

Все величины в (12)-(17) должны приниматься для стороны, обусловливающей наибольшее загрубление защиты. Такой стороной является та (основная или неосновная), для плеча которой принятое ответвление I_ОТВ,НОМ больше отличается от расчетного по (9) и (11).

Регулирование уставки на реле до значений, полученных по (15) и (15а), производится с помощью резистора R13 (см. рис. 12,13).

Если значение I_ОТВ,НОМ в для какого-либо плеча выходит за пределы диапазона номинальных токов трансреактора ТА V (2,5—5 А) более чем на 0,5 А, то в этом плече необходима установка выравнивающих автотрансформаторов. При выборе ответвлений выравнивающих автотрансформаторов и трансреактора ТА V для снижения I’_{НБ, ТОРМ, НАЧ} кроме заводского технического описания защиты могут использоваться табл. 5 и 6.

В плече защиты на основной стороне выравнивающие автотрансформаторы могут не использоваться, если получаемая при этом кратность тока

позволяет обеспечить требуемую термическую стойкость реле защиты с учетом возможной перегрузки защищаемого оборудования.

С учетом высокой чувствительности защиты и ограниченного диапазона регулирования коэффициента торможения целесообразно осуществлять процентное торможение от токов всех плеч защиты, что сокращает число рассматриваемых расчетных режимов, упрощает расчет и повышает надежность защиты на несрабатывание.

Опыт эксплуатации защиты ДЗТ-21 показывает, что при числе плеч защиты более четырех возможно подключение трех приставок дополнительного торможения ПТ-1 без ухудшения технических характеристик защиты.

При необходимости повышения чувствительности защиты, двух- и трехобмоточных трансформаторов подстанций при наличии питания только со стороны высшего напряжения и отсутствия параллельной работы на стороне среднего напряжения можно торможение осуществлять только от токов на приемных сторонах, если на подстанции нет синхронных двигателей. Использование торможения только от токов приемных сторон обеспечивает отсутствие торможения от токов внутренних КЗ.

Ответвления промежуточных трансформаторов тока ТА цепи торможения реле и приставки дополнительного торможения I’_{НБ, ТОРМ, PACЧ} рассчитывается исходя из вторичного тока I_{НОМ, В} в плече защиты соответствующего номинальной мощности защищаемого трансформатора (проходной для автотрансформатора) и выбранных коэффициентов трансформации K_AT выравнивающих автотрансформаторов, если последние используют на рассматриваемой стороне, по выражению

Принимаются ответвления I_ОТВ,TOPM,НОМ с номинальным током, ближайшим к расчетному I_ОТВ,TOPM,PAC Уставка начала торможения I_ОТВ,НОМ (см. рис. 14), т. е. отношение вторичного тока начала торможения к номинальному току I_ОТВ,TOPM,НОМ принятого ответвления промежуточных трансформаторов тока ТА цепи торможения и приставки дополнительного торможения, должна приниматься: I_{ТОРМ НАЧ} = 1, когда торможение осуществляется от токов всех плеч защиты; I_{ТОРМ НАЧ} = 0,6, когда торможение осуществляется от токов не всех плеч защиты.

При таком выборе уставки начала торможения отсутствие торможения будет обеспечиваться при первичных токах меньше указанных:

для уставки: I_{ТОРМ НАЧ} = 1

где k_ТОК1, k_ТОК2. k_ТОКN — коэффициенты токораспределения соответственно для плеч 1,2. п защиты в рассматриваемом режиме. В (20) члены соответствующие плечам защиты, от которых торможение не осуществляется, равны 0.

При выборе I_ОТВ,TOPM,НОМ = I_{ОТВ,TOPM,РАСЧ} во всех плечах защиты, участвующих в рассматриваемом режиме, (19) и (20) примут соответственно вид

Если в (20) токи I_{ОТВ,TOPM,РАСЧ} значительно превышают соответствующие токи I_ОТВ,TOPM,НОМ, то в целях обеспечения отсутствия торможения в нагрузочном режиме от тока I_НОМ и при осуществлении торможения не от всех плеч защиты следует принимать I_TOPM,HАЧ = 1. При этом вместо коэффициента 1,2 в (20) надо принимать коэффициент, равный 2.

Первичные токи начала торможения I_{TOPM,HАЧ,П} пo (19)-(20) являются расчетными при выборе минимального тока срабатывания защиты при отсутствии торможения I_{C,3 min} и входят в (6)—(8).

Коэффициент торможения I_TOPM, равный тангенсу угла наклона тормозной характеристики реле (см. рис. 14), выбирается по условию отстройки (в совокупности с другими факторами) защиты от тока небаланса переходного режима внешнего КЗ:

где I_{НБ, РАСЧ, В} — относительный максимальный расчетный вторичный ток небаланса, подводимый к ответвлению трансреактора реле ТА V при расчетном внешнем металлическом КЗ, от которого защита должна быть отстроена соответствующим выбором коэффициента торможения I_{TOPM,РАСЧ,B,} min — относительный ток срабатывания реле при отсутствии торможения (у ставка минимального тока срабатывания), определяемый по (15) или (15а); 0,5 2 I_{TOPM,РАСЧ,B} ~ полусумма относительных вторичных токов, подводимых к ответвлениям промежуточных трансформаторов тока ТА цепи торможения реле и приставок дополнительного торможения при расчетном внешнем КЗ; I_TOPM,HАЧ — относительный вторичный ток начала торможения (уставка начала торможения); k_ОТС — коэффициент отстройки, принимаемый равным 1,5.

Значения всех токов, входящих в (23), рассчитываются по отношению к принятым ответвлениям в соответствующей цепи реле: рабочих токов — трансформатора реле ТА V, тормозных токов — промежуточных трансформаторов тока ТА цепи торможения реле или приставок дополнительного торможения.

Относительный ток небаланса I_{НБ, РАСЧ, В} состоит из трех составляющих относительных расчетных вторичных токов небаланса, аналогичных (5)

Первая составляющая тока небаланса рассчитывается по формулам

где I_К,В — относительный вторичный ток расчетного внешнего КЗ, подводимый к ответвлению трансреактора реле ТА V от рассматриваемого плеча защиты; I_К — первичный ток расчетного внешнего КЗ в рассматриваемом плече защиты; I_ОТВ,НОМ — принятый номинальный ток ответвления трансреактора реле ТА V рассматриваемого плеча защиты.

Для обеспечения недействия защиты от тока небаланса переходного режима внешнего КЗ коэффициент, учитывающий переходный режим, k_ПЕР принимается равным 1,5—2.

Меньшее значение принимается при использовании на разных сторонах защищаемого оборудования однотипных трансформаторов тока (только встроенных или только выносных) и одинаковой схемы их соединения (например, в звезду). Большое значение принимается при использовании для защиты различных трансформаторов тока и разных схем их соединения (на одной из сторон в звезду, на другой — в треугольник).

Относительное значение полной погрешности ? трансформаторов тока, соответствующее установившемуся режиму КЗ, или качаний при выборе трансформаторов тока по кривым предельных кратностей при 10%-ной погрешности принимается равным 0,1.

Вторая составляющая небаланса рассчитывается по выражению

где I_{К В a} и I_{К В b} — относительные вторичные токи при расчетном внешнем КЗ, подводимые к ответвлениям трансреактора реле ТА V от плеч защиты, соответствующих сторонам защищаемого оборудования, на которых производится регулирование напряжения; они рассчитываются по (26).

Третья составляющая тока небаланса рассчитывается по выражению

где I_{К В 1}, I_{К В 2} > I_{К В n} — относительные вторичные токи при расчет ном внешнем КЗ, подводимые к ответвлениям трансреактора реле ТА V от неосновных плеч 1,2. n защищаемого оборудования; рас считываются по (26);

где I_{К В ТОРМ 1}. I_{К В ТОРМ 2};. I_{К, В, ТОРМ} N — относительные вторичные токи при расчетном внешнем КЗ, подводимые к ответвлениям промежуточных трансформаторов тока ТА цепи торможения реле и приставок дополнительного торможения от всех плеч 1, 2. п защиты основной и неосновных сторон защищаемого оборудования, от которых осуществляется торможение; рассчитываются по выражению

где I_K — первичный ток расчетного внешнего КЗ в рассматриваемом плече зашиты.

где I_ТОРМ,НАЧ,П, берется из (19) или (20).

За расчетный для выбора k_ТОРМ принимается режим, при котором I_ТОРМ получается максимальным. Из (23) видно, что при незначительно изменяющемся I_ТОРМ,НАЧ и постоянном значении I_С,Р максимальное значение I_ТОРМ будет при максимальном значении I_{HБ, РАСЧ, В} и соответствующем ему минимальном значении I_{ТОРМ, РАСЧ, В} выбора расчетного режима, как правило, необходимо рассмотреть режимы сквозных КЗ, при которых через защиту протекают максимальные и минимальные вторичные токи. Часто расчетным режимом, определяющим I_ТОРМ является именно режим с минимальным сквозным током КЗ. Если торможение осуществляется не от всех плеч защиты, то должны быть рассмотрены режимы, когда полный ток сквозного КЗ проходит по плечу защиты, от которого нет торможения.

Уставка I_ТОРМ выставляется на реле с помощью переменного резистора R12.

Ток срабатывания отсечки определяется по условиям отстройки от броска намагничивающего тока трансформатора (автотрансформатора) и от максимального тока небаланса при переходном режиме расчетного внешнего металлического КЗ. Отстройка от броска намагничивающего тока трансформатора, а тем более автотрансформатора, надежно обеспечивается уже при минимальной уставке на реле по току срабатывания отсечки, равной I_HOM если ответвления рабочей цепи реле с тех сторон, с которых может быть подано напряжение толчком, выбраны примерно равными вторичным номинальным токам в соответствующих плечах защиты (I_{ОТВ, НОМ},_В).

При выборе ответвлений рабочей цепи реле значительно меньшими вторичных номинальных токов в указанных плечах защиты должна приниматься большая уставка отсечки (9 I_{ОТВ, НОМ}). Выбор относительного тока срабатывания реле отсечки I_ОТС пo условию отстройки от максимального тока небаланса при переходном режиме расчетного внешнего КЗ производится по выражению

где k_ОТС — коэффициент отстройки, принимаемый равным 1,5; I_{HБ, РАСЧ, В} рассчитывается для рассматриваемого расчетного режима по (24)—(28).

При расчете первой составляющей тока небаланса I_{HБ,РАСЧ,В} по (25) коэффициент отстройки, учитывающий, что отсечка не реагирует на импульс тока небаланса в первый период от возникновения КЗ, а реагирует на среднее значение напряжения на вторичной обмотке трансреактора TAV, следует принимать:

• k_ПЕР =1,5-2,5 — при использовании на разных сторонах защищаемого оборудования однотипных трансформаторов тока (только встроенных или только выносных);
• k_ПЕР = 2-3 — при использовании на разных сторонах защищаемого оборудования разнотипных трансформаторов тока.

Меньшие значения k_ПЕР принимаются при одинаковой схеме соединения трансформаторов тока защиты на разных сторонах (например, в звезду), большие значения — при разных схемах соединения трансформатора тока защиты (на одной стороне в звезду, на другой — в треугольник).

Первичный ток срабатывания отсечки

Чувствительность защиты (ее чувствительного органа) определяется при металлическом КЗ в зоне защиты. Рассматриваемые режимы, обусловливающие минимальный ток при расчетном виде КЗ, выбираются в соответствии с [12] и [14].

Коэффициент чувствительности вычисляется по выражению

и не должен быть менее значений, определенных по ПУЭ.

Следует отметить, что, как правило, чувствительность защиты при I_С,З = 0,3 I_НОМ обеспечивается с большим запасом, поэтому необходимость в ее расчете возникает лишь в особых случаях, характеризуемых очень малыми токами КЗ в защищаемой зоне, при которых возможны значения k_Ч < 2.

Чувствительность дифференциальной токовой отсечки не определяется, так как она является вспомогательным элементом, назначение которого предотвращать недопустимое замедление или отказ в срабатывании защиты при больших кратностях тока, когда чувствительный орган может сработать с большим замедлением или не сработать из-за искажения формы кривой вторичного тока в переходном режиме КЗ (например, при значительном насыщении трансформаторов тока) и торможения вследствие этого чувствительного органа защиты токами 2-й и более высоких гармоник.

Для обеспечения расчетной чувствительности и требуемого быстродействия защиты трансформаторы тока защиты должны проверяться по условию 10%-ной погрешности по кривым предельных кратностей [4].

Рекомендуемый порядок расчета защиты.

1. Определяются первичные токи для всех сторон защищаемого оборудования, соответствующие его номинальной мощности, для блоков генератор-трансформатор (генератор-автотрансформатор) — соответствующие номинальной мощности трансформатора (проходной мощности автотрансформатора):

2. По первичным токам определяются соответствующие вторичные токи в плечах защиты Iном в с учетом коэффициентов трансформации трансформаторов тока K_I и коэффициента схемы k_CX по (10).

3. Выбирается ответвление I_{ОТВ, НОМ, ОШ} трансреактора реле ТА V или выравнивающих автотрансформаторов (если они используются в плече защиты на рассматриваемой стороне) для стороны, принятой в расчете за основную, по (9).

4. Выбираются ответвления трансреактора реле TAV выравнивающих автотрансформаторов для других неосновных сторон I_{ОТВ НОМ НЕОСН} по (11).

5. Определяются стороны, на которых используется торможение, и уставка начала торможения I_{ТОРМ, НАЧ} равная 1 или 0,6.

6. Выбираются ответвления I_{ОТВ, ТОРМ, НОМ} промежуточных трансформаторов тока ТА цепи торможения реле или приставок дополнительного торможения исходя из вторичных токов I_{НОМ В} в плече защиты и коэффициентов трансформации К_АТ выравнивающих автотрансформаторов тока, если они используются в плече защиты, I_{ОТВ, ТОРМ, НОМ}

7. Определяется расчетный ток небаланса в режиме внешнего КЗ, соответствующий началу торможения I_{НБ, ТОРМ, НАЧ П} (5)—(8). Ток начала торможения I_{ТОРМ,НАЧ,П} определяется по (19) или (20) в зависимости от выбранной выше схемы процентного торможения по п. 5.

8. Определяется первичный минимальный ток срабатывания защиты при отсутствии торможения I_{C,3 min} (ее чувствительного органа) по (1), (2) и (4) и относительный минимальный ток срабатывания защиты I_{C,3 min} по (14).

9. Определяются относительные минимальные токи срабатывания реле I_{C,P min}. Для всех плеч защиты по (15) или (15а), соответствующие рассчитанному выше по п. 8 току I_{C,3 min}. Уставка I_{C,P min}, выставляемая на реле с помощью переменного резистора R13, принимается равной большему из полученных значений.

Определяются действительные токи срабатывания чувствительного органа защиты для всех плеч защиты, соответствующие принятой уставке I_C,P:

10. Определяется коэффициент торможения защиты I_ТОРМ по (23). Значения величин, входящих в (23), для расчетных внешних КЗ определяются по (24) — (31).

Уставка I_ТОРМ принимается равной максимальному из полученных по (23) значению в рассматриваемых расчетных режимах и выставляется на реле с помощью переменного резистора R12.

11. Определяется относительный ток срабатывания реле отсечки I_C,P,ОТС по (32).

Уставка отсечки (6 I_{ОТВ, НОМ} или 9 I_{ОТВ, НОМ}) принимается ближайшей большей значения, рассчитанного по (32).

12. Определяется значение коэффициента чувствительности k_Ч по (34) в режимах с минимальными токами КЗ в защищаемой зоне.

5.Защита тр-ра от внешних к.з. и перегрузок. Схемы, расчет уставок.

Назначение, виды и размещение защиты. Защита трансформаторов и автотрансформаторов от сверхтоков является резервной, предназначенной для отключения их от источников питания как при повреждениях самих трансформаторов (автотрансформаторов) и отказе основных защит, так и при повреждениях смежного оборудования и отказах его защиты или выключателей. При отсутствии специальной защиты шин защита трансформаторов (автотрансформаторов) от сверхтоков осуществляет также защиту этих шин.

Рис. 4.20. Примеры размещения защит от сверхтоков на повышающих двухобмоточном (а) и трехобмоточном (б) трансформаторах:
TA1 — трансформаторы тока соединены в схему фильтра токов нулевой последовательности;
ТА2 и ТАЗ — то же в схему полной или неполной звезды, КА0 — защита нулевой последовательности; КА — защита от между фазных КЗ.

Рис. 4.21. Примеры размещения защит от сверхтоков при междуфазных КЗ на понижающих трансформаторах:
а — двухобмоточном; б — трехобмоточном при отсутствии питания со стороны обмотки среднего напряжения, в — двухобмоточном, питающем две секции шин.

В качестве защиты от сверхтоков при междуфазных КЗ используются максимальная токовая защита, максимальная токовая защита с пуском от напряжения, максимальная направленная защита максимальная токовая защита обратной последовательности. Для защиты от сверхтоков при однофазных КЗ используются максимальная токовая защита и максимальная направленная защита нулевой последовательности. Защита от сверхтоков при междуфазных КЗ устанавливается со стороны источника питания, а при нескольких источниках питания — со стороны главных источников. Защита от сверхтоков при однофазных КЗ устанавливается со стороны обмоток, соединенных в схему звезды с заземленной нулевой точкой.

На рис. 4.20 приведены примеры размещения защиты от сверхтоков повышающих трансформаторов и автотрансформаторов. На двухобмоточном трансформаторе (рис. 4.20, а) предусматривается защита от сверхтоков при междуфазных КЗ со стороны шин генераторного напряжения с действием на все выключатели трансформатора и максимальная токовая защита нулевой последовательности со стороны обмотки ВН с действием на выключатель этой обмотки.

На трехобмоточном трансформаторе при отсутствии питания со стороны обмотки среднего напряжения (рис. 4.20, б) устанавливаются два комплекта защиты от сверхтоков при междуфазных КЗ: один со стороны среднего напряжения с действием на выключатель обмотки этого напряжения и второй со стороны шин генераторного напряжения с двумя выдержками времени. С одной выдержкой времени защита действует на отключение выключателя со стороны обмотки ВН, а с другой (большей) — на отключение всех выключателей трансформатора. Кроме того, со стороны обмотки ВН устанавливается максимальная токовая защита нулевой последовательности.

Рис. 4.22. Принципиальная схема максимальной токовой защиты с пуском по напряжению.

Аналогично выполняется защита от сверхтоков при междуфазных КЗ автотрансформаторов, при отсутствии питания со стороны среднего напряжения. Максимальная токовая защита нулевой последовательности автотрансформаторов устанавливается со стороны высшего и среднего напряжений, причем одна из них выполняется направленной.

На рис. 4.21 приведены примеры размещения защиты от сверхтоков понижающих трансформаторов. На двухобмоточнгм трансформаторе с односторонним питанием (рис.,4.21, а) устанавливается один комплект защиты со стороны источника питания, действующий на отключение всех выключателей. На трехобмоточном трансформаторе с односторонним питанием (рис. 4.21, б) устанавливаются два комплекта защиты. Один комплект со стороны обмотки НН действует на отключение выключателя этой обмотки. Другой комплект со стороны обмотки ВН действует с двумя выдержками времени, с меньшей — на отключение выключателя обмотки СН и с большей — на отключение всех выключателей трансформатора. Аналогично выполняется защита понижающих автотрансформаторов при отсутствии питания со стороны обмотки среднего напряжения.

На двухобмоточном трансформаторе, питающем две секции шин, например, через сдвоенный реактор (рис. 4.21, в), устанавливается три комплекта защиты; один со стороны источника питания и два со стороны каждого ответвления к секциям шин.

Схемы защит от сверхтоков. Схемы максимальных токовых и максимальных направленных защит от междуфазных КЗ и нулевой последовательности были рассмотрены в гл. 6 и 7. Кроме рассмотренных схем, для защиты трансформаторов и автотрансформаторов применяется максимальная токовая защита с пуском от напряжения и максимальная токовая защита обратной последовательности. Принципиальная схема максимальной токовой защиты с пуском от напряжения приведена на рис. 4.25.

Рис. 4.24. Принципиальная схема максимальной токовой защиты обратной последовательности с приставкой для действия при трехфазных КЗ: а— цепи тока; б — цепи напряжения; в — цепи оперативного постоянного тока.

Как видно из схемы, последовательно с контактами токовых реле КА1 1 и КА2.1 в цепи обмотки реле времени КТ включен контакт промежуточного реле KL.1- Это реле фиксирует положение контактов пускового органа напряжения KV2, который состоит из фильтра-реле напряжения обратной последовательности ZV2 типа РНФ-1 и минимального реле напряжения KV1. Напряжение на реле KV1 подается через контакт KV2.1 реле, включенного через фильтр напряжения обратной последовательности ZV2. При всех видах двухфазных КЗ вследствие возникновения напряжения обратной последовательности реле KV2 срабатывает и снимает напряжение с реле KV1, которое при этом также срабатывает и подает плюс на контакты токовых реле КА1.1 и КА2.1. При трехфазных КЗ напряжение обратной последовательности отсутствует, и поэтому реле KV2 не работает. Однако в этом случае сработает реле KV1, включенное на междуфазное напряжение, вследствие снижения напряжения на всех фазах.

Принципиальная схема максимальной токовой защиты обратной последовательности приведена на рис. 4.26. Схема состоит из фильтра-реле тока обратной последовательности типа РТ-2 (КА2 и ZA2) и реле времени КТ. В таком виде защита действует только при несимметричных КЗ. Поэтому часто для обеспечения действия защиты при трехфазных КЗ токовую защиту обратной последовательности дополняют приставкой, состоящей из токового реле КА1 и реле минимального напряжения KV (рис. 4.26). Приставка действует на то же реле времени.

Рис. 4.25. Структурная схема дистанционной защиты.

На мощных трансформаторах и автотрансформаторах, связывающих между собой основные сети напряжением 750—110 кВ, в качестве резервной защиты от внешних междуфазных КЗ применяется дистанционная защита. Применение ступенчатой дистанционной защиты позволяет обеспечить необходимую чувствительность к удаленным КЗ, а также селективность с аналогичными защитами линий электропередачи.

На рис. 4.25 приведена структурная схема панели типа ПЗ-5, устанавливаемой на трансформаторах и автотрансформаторах большой мощности. Защита содержит дистанционные ступени KZ1 и KZ2, блокировку при качаниях АКВ и блокировку при неисправности цепей напряжения KBV. Взаимодействие этих элементов осуществляется с помощью промежуточных реле и реле времени, которые на рис. 4.27 условно показаны в виде логического блока D. Цепи отключения и сигнализации защиты объединены в выходном блоке А. Дистанционные ступени защиты осуществлены с помощью комплектных реле сопротивления типов КРС-2 (первая ступень) и КРС-3 (вторая ступень), применяемых в панелях дистанционных защит линий 110—500 кВ.

Обычно токовые цепи дистанционной защиты включаются на ТТ, встроенные во втулки обмоток среднего или высшего напряжения трансформатора или автотрансформатора. Направленность при этом осуществляется в сторону шин соответствующего напряжения. Цепи напряжения защиты обычно подключаются к ТН стороны низшего напряжения трансформатора (автотрансформатора). При этом необходимо учитывать группу соединения обмоток силового трансформатора (автотрансформатора), так чтобы к реле сопротивления подводилось напряжение, соответствующее по фазе токам, на которые подключены токовые цепи защиты. Кроме того, при подключении цепей напряжения защиты к ТН стороны низшего напряжения необходимо учитывать падение напряжения от тока нагрузки в обмотке низшего напряжения трансформатора (автотрансформатора).

На рис. 4.5 показаны отключающие цепи защиты ПЗ-5, направленной в сеть среднего напряжения автотрансформатора. Каждая ступень дистанционной защиты в данном случае выполнена с тремя выдержками времени: первая (t₁ и t₅) — на отключение секционного QB (или шиносоединительного QA) выключателя шин среднего напряжения; вторая (t₂ и t₆) — на отключение выключателя стороны среднего напряжения автотрансформатора; третья (t₃ и t₇) — на полное отключение автотрансформатора.

ЗАЩИТА ОТ ПЕРЕГРУЗКИ

Перегрузка трансформаторов (автотрансформаторов) обычно бывает симметричной. Поэтому защита от перегрузки выполняется с помощью максимальной токовой защиты, включенной на ток одной фазы. Защита действует с выдержкой времени на сигнал, а на необслуживаемых подстанциях — на разгрузку или отключение трансформаторов (автотрансформаторов).

На двухобмоточных трансформаторах защита от перегрузки устанавливается со стороны основного питания. На трехобмоточных трансформаторах при двустороннем питании — со стороны основного питания и со стороны обмотки, где питание отсутствует, а при трехстороннем питании — со всех трех сторон.

Рис. 4.26. Размещение защит от перегрузки автотрансформатора с трехсторонние
питанием: а — цепи переменного тока; б — оперативные цепи.

На автотрансформаторах с трехсторонним питанием (рис. 4.26) защита от перегрузки устанавливается со стороны основного питания КА1, со стороны высшего напряжения КА2 и со стороны выводов обмотки автотрансформатора к нулевой точке (нейтрали) КАЗ для контроля за перегрузкой общей части обмотки. Кроме того, на повышающих автотрансформаторах с трехсторонним питанием устанавливается защита от перегрузки стороны среднего напряжения КА4 в режиме, когда в обмотке НН нет тока. Необходимость этой защиты вызывается тем, что в таком режиме пропускная мощность автотрансформаторов снижается. Защита КА4 от перегрузки стороны среднего напряжения вводится в действие контактом реле КА5.1, который замыкается при исчезновении тока в обмотке НН.

Ток срабатывания защиты от перегрузки определяется по формулам;

где kн = 1,05—коэффициент надежности отстройки; kсх—коэффициент схемы; kв — коэффициент возврата реле; Iном — номинальный ток обмотки стороны трансформатора (автотрансформатора), на которой установлена рассматриваемая защита.

6.Газовая защита тр-ра, назначение, схема, конструкция газового реле.

Область применения, принцип действия и устройство газовых реле. Газовая защита устанавливается на трансформаторах, автотрансформаторах и реакторах с масляным охлаждением, имеющих расширители.

Применение газовой защиты является обязательным на трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 6300 кВА и более, а также на трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 1000—4000 кВА, не имеющих дифференциальной защиты или отсечки и если максимальная токовая защита имеет выдержку времени 1 с и более. На трансформаторах мощностью 1000—4000 кВА применение газовой защиты при наличии другой быстродействующей защиты допускается, но не является обязательным. Применение газовой защиты является обязательным также на внутрицеховых трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 630 кВА и более независимо от наличия других быстродействующих защит.

Действие газовой защиты основано на том, что всякие, даже незначительные, повреждения, а также повышенные нагревы внутри бака трансформатора (автотрансформатора) вызывают разложение масла и органической изоляции, что сопровождается выделением газа. Интенсивность газообразования и химический состав газа зависят от характера и размеров повреждения. Поэтому защита выполняется так, чтобы при медленном газообразовании подавался предупредительный сигнал, а при бурном газообразовании, что имеет место при коротких замыканиях, происходило отключение поврежденного трансформатора (автотрансформатора). Кроме того, газовая защита действует на сигнал и на отключение или только на сигнал при опасном понижении уровня масла в баке трансформатора или автотрансформатора.

Газовая защита является универсальной и наиболее чувствительной защитой трансформаторов (автотрансформаторов) от внутренних повреждений. Она реагирует на такие опасные повреждения, как замыкания между витками обмоток, на которые не реагируют другие виды защит из-за недостаточного значения тока при этом виде повреждения.

Рис. 4.27. Установка газового реле на трансформаторе:
1 — газовое реле; 2 — кран; 3 — подкладки для создания необходимого уклона крышка трансформатора (автотрансформатора).

Газовая защита осуществляется с помощью специальных газовых реле, которые подразделяются на поплавковые, лопастные и чашечные.

Газовое реле представляет собой металлический кожух, врезанный в маслопровод между баком трансформатора (автотрансформатора) и расширителем, как показано на рис. 4.27. Реле заполнено маслом. Кожух реле имеет смотровое стекло со шкалой, с помощью которой определяется объем скопившегося в реле газа. На крышке газового реле имеется краник для выпуска воздуха и взятия пробы газа для его анализа, а также расположены зажимы для подключения кабеля к контактам, находящимся внутри кожуха. У поплавковых реле внутри кожуха укреплены на шарнирах два поплавка, представляющих собой полые металлические цилиндры (или пластмассовые шарики). На поплавках укреплены ртутные контакты, соединенные с выводными зажимами на крышке реле.

Рис. 4.28. Устройство поплавкового газового реле типа ПГ22.

Ртутный контакт представляет собой стеклянную запаянную колбочку с впаянными в ее верхнюю часть двумя контактами. Колбочка содержит небольшое количество ртути, которая при определенном положении колбочки замыкает между собой оба контакта. чем создается цепь через реле.

Конструкция наиболее распространенного газового реле типа ПГ-22 показана на рис. 4.28. Верхний поплавок является сигнальным элементом защиты. Нормально, когда реле полностью заполнено маслом, поплавок всплывает и его контакт при этом разомкнут. При медленном газообразовании газы, поднимающиеся к расширителю, постепенно заполняют верхнюю часть реле и вытесняют масло.

Рис. 4.29. Устройство лопастного газового реле фирмы AEG-Union:
1 — кожух; 2 — коробка зажимов; 3 — сигнальный поплавок; 4 — отключающий поплавок; 5 — лопасть; б — ртутные контакты; 7 — стержень для опробования отключающего элемента; 8— кран; 9 — зажимы; 10 — пробка; 11— экран; 12 — пробка; 13 — экран.

С понижением уровня масла в реле поплавок, опускаясь, поворачивается на своей оси, вследствие чего происходит замыкание ртутных контактов в цепи предупредительной сигнализации. При дальнейшем медленном газообразовании реле не может подействовать на отключение, так как оно заполняется газом лишь до верхней кромки отверстия маслопровода, после чего газы будут выходить в расширитель. Аналогично работает сигнальный элемент и при понижении уровня масла в реле по другим причинам, например из-за утечки масла из бака трансформатора или понижения температуры. Нижний поплавок, расположенный против отверстия маслопровода, является отключающим элементом реле.

Рис. 4.30. Устройство отключающего элемента газового реле чашечного типа.

При бурном газообразовании вследствие повышения давления в баке трансформатора (автотрансформатора) возникает сильный поток масла и газа в расширитель через газовое реле. При скорости движения потока газов и масла 0,5 м/с нижний поплавок, находящийся на пути движения потока, опрокидывается и происходит замыкание его ртутных контактов в цепи отключения. Благодаря тому, что при КЗ в трансформаторе (автотрансформаторе) сразу возникает бурное газообразование, газовая защита производит отключение с небольшим временем —0,1—0,3 с. Отключающий элемент работает так же при большом понижении уровня масла в корпусе реле.

У лопастных реле сигнальный элемент выполняется так же, как у поплавковых, а отключающий состоит из поплавка и поворотной лопасти, механически связанных с общим ртутным контактом, действующим на отключение.

Пример лопастного реле приведен на рис. 4.29. Лопасть 5 расположена против входного отверстия реле со стороны бака трансформатора (автотрансформатора) и действует так же, как поплавок у реле ПГ-22. Для регулирования скорости срабатывания в пределах 0,5—1,5 м/с предусмотрена возможность изменения площади лопасти, на которую воздействует поток газов и масла. Отключающий поплавок 4 защищен от потока масла и газов экраном 11 и поэтому срабатывает только при понижении уровня масла. Если действие на отключение при понижении уровня масла не требуется, то оно может быть выведено ввертыванием пробки 12.

У чашечных реле вместо поплавков используются открытые металлические чашки и вместо ртутных контактов обычные открытые контакты, работающие непосредственно в масле. Принцип действия отключающего элемента чашечного реле показан на рис. 4.30. Открытая чашка 1 с ушком 2 может поворачиваться на оси 3. С чашкой связана колодка 4, на которой укреплены подвижный контактный мостик 5, лопасть 6 и пластина 7, сцепленная с нижним концом пружины 8. Верхний конец пружины 8 и неподвижные контакты 9 укреплены на неподвижной части газового реле. Сигнальный и отключающий элементы помещены в корпус 10 (такой же, как у газового реле типа ПГ-22). Сигнальный элемент выполнен аналогично, но чашка не имеет лопасти.

Нормально, когда корпус реле полностью заполнен маслом, верхняя и нижняя чашки тоже заполнены маслом и удерживаются в исходном положении пружинами 8.

При понижении уровня масла в корпусе реле вследствие скопления газа в его верхней части верхняя чашка под воздействием момента, создаваемого весом масла, находящегося в чашке и превышающего момент пружины 8, поворачивается на оси 3. При этом контактный мостик 5 замыкает неподвижные контакты 9 в цепи предупредительной сигнализации. Аналогично срабатывают сигнальный и отключающий элементы при понижении уровня масла в корпусе реле по другим причинам, например при утечке масла из бака трансформатора (автотрансформатора) или понижении температуры. При этом отключающий элемент, расположенный ниже сигнального, срабатывает при более глубоком понижении уровня масла в реле.

Рис. 4.31. Газовое реле типа BF80IQ

П ри повреждениях внутри бака трансформатора (автотрансформатора), сопровождающихся бурным газообразованием, поток масла и газов, устремляющийся в расширитель через газовое реле, воздействует на лопасть 6 отключающего элемента (нижней чашки). При этом колодка 4 поворачивается на оси 11 и контактный мостик 5 замыкает неподвижные контакты 9 в цепи отключения выключателей поврежденного трансформатора (автотрансформатора).

Предусматривается следующее использование элементов газового реле: при слабом газообразовании — на сигнал и при интенсивном — на отключение. Допускается действие на сигнал как при слабом, так и при сильном газообразовании на трансформаторах (автотрансформаторах), имеющих дифференциальную защиту или отсечку, трансформаторах не имеющих выключателей, а также внутрицеховых трансформаторах мощностью 1600 кВА и менее при наличии защиты от КЗ со стороны источника питания. Для обеспечения действия газовой защиты на отключение при кратковременном замыкании контактов газового реле выполняется подхват отключающего импульса.

Большое распространение в последние годы получили газовые реле, изготовленные в ГДР: реле Бухгольца (типа BF80/Q) и струйные реле (типа URF 25/10). Реле BF 80/Q (рис. 4.31) имеет .сигнальный и два отключающих элемента. Сигнальный элемент управляется шарообразным пластмассовым поплавком 1. Отключающий элемент, кроме такого же поплавка 3, содержит пластину 2, установленную поперек потока масла и маслогазовой смеси. Контактная система сигнального и отключающего элементов выполнена при помощи магнитоуправляемых гер конов (см. гл. 3), замыкание которых происходит при воздействии на них постоянных магнитов, перемещаемых поплавками и поворотной пластиной. В отключающем элементе постоянный магнит можно установить в одном из трех положений, соответствующих следующим уставкам скорости срабатывания: 0,65—1—1,5 м/с.

Время срабатывания реле зависит от кратности действительной скорости потока масла по отношению к уставке. При кратности 1,25 время срабатывания не превышает 0,15 с; при кратности 1,5—не более 0,1 с. Коммутационная способность контактов: 2 А при 220 В постоянного тока, переходное сопротивление контактов не более 0,3 Ом. Реле снабжено устройством для ручного опробования работоспособности обоих элементов. Реле имеет кран для отбора проб газа. На трансформаторах с регулированием под нагрузкой коэффициента трансформации (РПН) для защиты устройства РПН от повреждений внутри его бака применяется газовое реле типа URF 25/10, называемое струйным. Эти реле имеют один отключающий элемент, реагирующим органом которого является поворотная пластина, установленная поперек потока маслогазовой смеси; как и у реле типа BF80/Q, поворотная пластина при срабатывании реле перемещает постоянный магнит, который переключает геркон. При срабатывании реле поворотная пластина фиксируется в сработавшем положении до возврата вручную. Это не дает возможности включить в работу трансформатор, отключившийся газовой защитой, до принятия необходимых мер и ручного возврата струйного реле. Для возврата отключающего элемента реле предусмотрено устройство, которое служит также и для опробования работоспособности реле.

Похожие публикации:

1. Высота сжатой зоны бетона круглого сечения
2. Какая вертикальная гидроизоляция делается для стен подвалов при отсутствии грунтовых вод
3. Какая толщина стен между квартирами
4. Подрез в двери газифицированного помещения