Токи небаланса в дифференциальной защите трансфор­маторов и автотрансформаторов

Составляющие тока небаланса

Пр и внешних к. з. и нагрузке обеспечить полный баланс вто­ричных токов, поступающих в реле, не удается. Вследствие нера­венства вторичных токов в реле в указанных режимах появляется ток небаланса, который может вызвать неправильную работу защиты.

Неравенство вторичных токов обусловливается: погрешностью трансформаторов тока; изменением коэффициента трансформации силового трансформатора при регулировании напряжения; непол­ной компенсацией неравенства вторичных токов в плечах защиты; наличием намагничивающих токов силового трансформатора, вно­сящих искажение в его коэффициент трансформации.

Каждая из этих причин порождает свою составляющую I_нб. Рассмотрим эти составляющие и способы оценки их величины.

1) Составляющая I_нб.т.т вызывается наличием погреш­ностей (токов намагничивания) трансформаторов тока, питающих защиту (рис. 16-19). С учетом токов намагничивания разность вто­ричных токов, проходящих в реле при внешнем к. з.,

Считая, что неравенство первичных токов по величине и фазе полностью скомпенсировано, получим, что I_I / n_I = I_II / n_II. С учетом этого из (16-17а) следует, что в реле появляется ток:

Выражение (16-176) показывает, что, как и в других дифференциальных защитах, ток небаланса, обусловленный погрешностью трансформаторов тока, равен геометрической разности намагничи­вающих токов трансформаторов тока защиты. Эта составляющая тока небаланса имеет наибольшую величину и является основной.

2) Составляющая I_нб.рег появляется при изменении (регулировании) коэффициента трансформации N силового транс­форматора или автотрансформатора.

Компенсация неравенства первичных токов, осуществляемая с помощью компенсирующего трансформатора или вспомогатель­ного автотрансформатора, обеспечивается при определен­ных соотношениях токов обмоток силовых трансформаторов, определяемых их коэффициентом трансформации N. При измене­нии N компенсация токов наруш ается и в дифференциальном реле появляется ток небаланса I_нб.рег. Обычно параметры компенсирую­щих устройств (_y или n_a) подбираются для среднего значения N. При отклонении от него на ±N% появляется ток небаланса

где I_скв – сквозной ток к. з., протекающий через трансформатор.

Обычно на силовых трансформаторах и автотрансформаторах предусматриваются ответвления, позволяющие изменять N в пре­делах ±5% номинального (среднего) значения. У трансформаторов с регулировкой N под нагрузкой N = ±10÷15%.

3) Составляющая небаланса, возникающая при неточной компенсации неравенства токов плеч. Этот небаланс I_{нб.комп} появляется в тех случаях, когда регулирующие возмож­ности компенсирующих устройств не позволяют подобрать рас­четные значения (ω_y или n_a), необходимые для полной компен­сации.

4) Составляющая, обусловленная наличием тока нама­гничивания I_нам у силового трансформатора. Ток намагничивания нарушает расчетное соотношение между первичным и вторичным токами силового трансформатора, что вытекает из схемы на рис. 16-23, и вызывает ток I_нб.нам = I_нам трансформатора.

В нормальном режиме I_нам силового трансформатора не превы­шает 1-5% номинального тока; при к. з. ток намагничивания уменьшается; при неустановив шемся режиме, связанном с внезап­ным увеличением напряжения на трансформаторе, ток намагничи­вания силового трансформатора резко возрастает. В режиме на­грузки и к. з. I_нб.нам обычно не учитывается из-за малой вели­чины его.

5) Компенсирующие трансформаторы и автотрансформаторы вносят погрешность при трансформации токов плеч, что вызывает появление небаланса. Однако этот небаланс очень мал и поэтому не учитывается.

Из сказанного вытекает, что полный ток небаланса в дифференциальной защите трансформаторов при внешних к. з. определяется в основном I_нб.т.т и I_нб.рег.

В некоторых случаях к ним добавляется ток I_{нб.комп} вызван­ный неточностью компенсации неравенства токов в плечах защиты. Таким образом, в общем случае полный ток небаланса

Причины повышенного I_нб в дифференциальной защите трансформаторов

Величина тока небаланса в дифференциальных защитах трансформаторов оказывается обычно большей, чем в дифференциальных защитах генераторов и линий, что объясняется наличием дополни­тельных составляющих в токе небаланса (I_нб.рег и I_{нб.комп}) и боль­шим абсолютным значением составляющей I_нб.т.т, обусловленной погрешностями трансформаторов тока. Последнее вызывается тремя особенностями, характерными для дифферен­циальных защит трансформаторов.

Первая из них состоит в конструк­тивной разнотипности трансформаторов тока, применяемых на стороне высшего и низшего напряжения силовых трансформаторов.

Эти конструктивные различия порождают различие магнитных характеристик транс­форматоров тока и их токов намагничивания, что приводит к увеличению разности I_IIнам – I_Iнам, определяющей величину I_нб.т.т.

Особенно резко отличаются характери­стики трансформаторов тока, встраиваемых в вводы масляных выключателей (напряже­нием 35 кв и выше), от характеристик вынос­ных трансфор маторов тока, применяемых на напряжения 10 и 6 кв.

Второй особенностью диффе­ренциальной защиты трансформаторов является большое сопротивление нагрузки, присоединенной ко вто­ричным обмоткам трансформаторов тока, и значительное различие сопротивлений плеч.

Сопротивление нагрузки состоит из сопротивлений соедини­тельных проводов между трансформатором тока и реле и опреде­ляется расстоянием от щита управления, где устанавливаются реле, до распределительных устройств, в которых размещаются трансфор­маторы тока защиты силовых трансформаторов. Очень часто эти расстояния бывают значительными и неодинаковыми по величине.

Кроме того, нужно учитывать, что сопротивление линейных проводов ложится утроенной нагрузкой на трансформаторы тока, соединенные в треугольник, благодаря чему даже при равенстве длин плеч трансформаторы тока, соединенные в треугольник, оказываются более загруженными, чем вторая группа трансфор­маторов тока, соединяемая в звезду (см. § 3-7).

Третья особенность имеет место у трехобмоточных трансфор­маторов, а также у двухобмоточных с двумя выключателями на стороне какой-либо обмотки.

В этих случаях кратности токов при внешних к. з. для различ­ных групп трансформаторов тока дифференциальной защиты полу­чаются неодинаковыми. Через одну группу протекает суммарный ток к. з., в то время к ак через д ве другие группы – лишь часть этого тока (рис.16-24).

В результате первые трансформаторы тока намагничиваются сильнее, что вызывает резкое увеличение их намагничивающих токов по сравнению с намагничивающими токами двух остальных групп.

Расчет I_нб

Расчетным путем ток небаланса I_нб.т.т оценивается, так же как и в дифференциальной защите генераторов, по приближенной фор­муле, из предположения, что при максимальном значении тока внешнего к. з. I_{к.з.макс} погрешность трансформаторов тока не пре­вышает 10% (0,1). В соответствии с этим

где k_одн учитывает различие в погрешности трансформаторов тока, образующих дифференциальную схему, k_одн = 0,5÷1; при суще­ственном различии условий работы и конструкций трансформато­ров тока различие их погрешностей достигает максимального зна­чения и принимается равным 1.

С учетом выражений (16-18) и (16-20) расчетное значение пол­ного тока небаланса по выражению (16-19) примет вид:

Меры для предупреждения действия защиты от токов не­баланса

Предотвращение работы защиты от токов небаланса достигается выбором тока срабатывания защиты I_ср > I_нб.

Очевидно, что данное условие ограничивает чувствительность защиты.

Для обеспечения до статочной чувствительности защиты при­нимаются меры к понижению величины I_нб. Уменьшение токов небаланса, обусловленных погрешностью трансформаторов тока I_нб.т.т обеспечивается подбором трансформаторов тока и их вто­ричной нагрузки таким образом, чтобы они не насыщались при максимальном значении тока сквозного к. з. Для обеспечения этого условия трансформаторы тока и их вторичная нагрузка выбираются по кривым 10%-ной погрешности или по характеристикам намагни­чивания трансформаторов тока.

Хотя указанные меры и позволяют уменьшить ток небаланса (за счет снижения I_нб.т.т), его значение остается все же большим. В связи с этим для повышения чувствительности дифференциальной защиты и вместе с тем для более надежной отстройки от токов небаланса применяются реле, включенные через быстронасыщающиеся вспомогательные трансформаторы, и реле с торможением.