16. Защита силовых трансформаторов напряжением 6–10/0,4 кВ

Трансформатор является особо важным элементом электрической сети. Поэтому необходимо обеспечить эффективную защиту трансформатора от всех возможных повреждений, как внутренних, так и внешних.

16.1. Виды повреждений

Основные возможные повреждения трансформатора следующие:

1. Эксплуатационные перегрузки.

2. Короткие замыкания.

3. Замыкание на корпус.

Перегрузки. Перегрузка может возникнуть вследствие увеличения количества одновременно подключенных нагрузок или увеличения мощности, потребляемой одной или несколькими нагрузками. Перегрузка выражается в длительном сверхтоке, вызывающем повышение температуры до уровня нарушения стойкости электроизоляционных материалов и срока службы трансформатора.

Короткие замыкания. Короткие замыкания может происходить внутри или снаружи трансформатора.

Внутренние короткие замыкания - это замыкания между проводами различных фаз или между витками одной и той же обмотки. При возникновении дуги замыкания повреждается обмотка трансформатора и может произойти пожар. В масляном трансформаторе под воздействием дуги выделяется газ разложения. При слабом коротком замыкании выделение газа незначительное и накопление газа становится опасным. Сильное короткое замыкание вызывает серьезные повреждения, когда может быть разрушена обмотка, а также бак трансформатора, и воспламенившееся масло выходит наружу.

Внешнее короткое замыкание - это межфазное замыкание в линиях со стороны потребителя – со стороны низшего напряжения 0,4 кВ. Ток короткого замыкания со стороны потребителя вызывает в трансформаторе электродинамические усилия, которые могут привести к механическому повреждению обмоток трансформатора и спровоцировать в дальнейшем внутреннее короткое замыкание.

Замыкание на корпус. Замыкание на корпус является внутренним повреждением. Оно может произойти между обмоткой и баком трансформатора либо между обмоткой и магнитопроводом. В масляном трансформаторе подобный вид повреждения вызывает выделение газа. Как и при внутреннем коротком замыкании может произойти разрушение трансформатора и пожар.

Величина тока замыкания обмотки на корпус зависит от режима работы нейтрали сетей, расположенных со стороны источника питания и со стороны потребителя, от места повреждения в обмотке, а также схемы соединения обмоток. На рис. 16.1 показана диаграмма изменения тока в зависимости от места повреждения и схемы соединения обмоток:

1. В случае соединения по схеме «звезда» (рис. 16.1,а) значение тока заземления на корпус изменяется от 0 до максимального значения в зависимости от места локализации повреждения – на выводе нейтрали или фазной обмотки.

2. В случае соединения по схеме «треугольник» (рис. 16.1,б) значение тока заземления на корпус изменяется от 50% до 100% максимального значения в зависимости от места локализации повреждения – в середине или на конце обмотки.

Рис. 16.1. Замыкание обмотки на корпус	Рис.16.2. Осциллограмма тока включения трансформатора

Включение трансформатора под напряжение является одним из особенных случаев нормальной работы трансформатора. При подключении трансформатора к сети возникает затухающий переходный процесс, в начале которого ток намагничивания может в 5–12 раз превышать значение номинального тока трансформатора – I_{НАМ.ПИК} = 500–1200 % I_Т.Н. Процесс затухает с постоянной времени 0,1–0,7 сек. и может длиться 10–30 периодов промышленной частоты (рис. 16.2). Отметим, что при нормальной работе трансформатора ток намагничивания (ток холостого хода) составляет I_НАМ = 1–2 % I_Т.Н. Максимальное значение пикового тока I_{НАМ.ПИК} наблюдается при включении, когда напряжение проходит через нуль и при максимальной остаточной индукции в той же фазе. Ток намагничивания содержит гармонику 2-го порядка.

Это явление следует рассматривать как нормальную оперативную коммутационную операцию в электрической сети, и, таким образом, защиты не должны реагировать на пик тока как на повреждение.

При эксплуатации трансформатора с чрезмерно высоким напряжением или чрезмерно низкой частотой возникает избыточный намагничивающий ток и искажение 5-й гармоники.