3. Мгновенная токовая отсечка.

Мгновенная токовая отсечка является быстродействующей максимальной токовой защитой с ограниченной зоной действия. Она предназначена для защиты трансформатора со стороны ВН от междуфазных КЗ (см. рис. 16.3) – от трехфазных КЗ при максимальном режиме работы сети ( ) до двухфазных КЗ при минимальном режиме работы ( ). Зона действия МТО начинается от трансформаторов тока ТА1, к которым подключена защита и включает ошиновку, высоковольтные вводы и часть первичной обмотки трансформатора Т. При КЗ за трансформатором на сборных шинах напряжением 0,4 кВ (точка А) МТО не должна приходить в действие. Это условие обеспечивается тем, что ток срабатывания отсечки I_С.МГН выбирается больше, чем максимальный ток КЗ в точке Б, приведенный к стороне ВН. Кроме того, МТО не должна реагировать на броски токов намагничивания I_НАМ при включении трансформатора.

3.1. Ток срабатывания.

3.1.1. Ток срабатывания мгновенной токовой отсечки с учетом отстройки от максимального тока трехфазного КЗ на выводах 0,4 кВ трансформатора в точке А (рис. 16.3)

,

(16.8)

где К_Н.О – коэффициент надежности отстройки (несрабатывания) мгновенной токовой отсечки. Для микропроцессорных защит и статических реле он составляет 1,15; для РТ-40 – равным 1,3–1,4.

3.1.2. Ток срабатывания мгновенной токовой отсечки должен быть отстроен от броска тока намагничивания I_НАМ трансформатора при его включении

,

(16.9)

где К_ОТС = 3–5 – коэффициент отстройки от броска тока намагничивания при включении силового трансформатора; I_Т.Н – номинальный ток трансформатора на стороне ВН.

3.1.3. Ток срабатывания мгновенной токовой отсечки I_С.МГН.Q1, входящей в защиту трансформатора на стороне ВН, должен быть согласован с током срабатывания I_C.МГН.QF1 мгновенной токовой отсечки вводного автоматического выключателя QF1 на стороне 0,4 кВ (см. рис. 16.3)

.

(16.10)

За расчетный ток срабатывания отсечки принимается наибольшим из токов по условиям (16.8), или (16.9), или (16.10).

3.2. Мгновенная токовая отсечка имеет независимую от тока характеристику, срабатывает без выдержки времени (t_С.МГН = 0 c) и действует на отключение трансформатора.

3.3. Чувствительность мгновенной токовой отсечки. МТО должна чувствовать ток двухфазного КЗ в минимальном режиме работы сети в месте установки защиты, т.е. на выводах ВН трансформатора в точке А (рис. 16.3). Коэффициент чувствительности МТО [1, п.3.2.21, пп.8]

(16.11)

После аналитического определения параметров время-токовых характеристик защиты трансформатора вернемся к графической интерпретации условий их расчёта – см. рис. 16.4. Графическая интерпретация позволяет дополнительно осмыслить как действуют защиты, от каких токов они должны отстраиваться, а какие токи они должны чувствовать. Здесь видно, что:

1. Ток срабатывания защиты от перегрузки I_С.П должен быть больше максимального рабочего тока , протекающего на стороне высшего напряжения трансформатора. Физическим параметром, характеризующим различие рассматриваемых токов, является коэффициент надежности отстройки (несрабатывания) защиты К_Н.О, который показан стрелочками. С другой стороны, защита от перегрузки должна чувствовать минимальный ток на стороне НН трансформатора. Физически это характеризуется коэффициентом чувствительности К_Ч.ЗП защиты от перегрузки.

2. Ток срабатывания селективной токовой отсечки I_С.СО (как основной защиты) должен быть, с одной стороны, отстроен (быть больше) от пикового тока I_ПИК, а с другой стороны, он должен быть меньше (защита должна чувствовать) тока КЗ в точке А в минимальном режиме работы электрической сети. Физически это характеризуется, с одной стороны, коэффициентом надежности отстройки (несрабатывания) селективной токовой отсечки К_Н.О, а с другой стороны, коэффициентом чувствительности К_Ч.СО.

3. Ток срабатывания мгновенной токовой отсечки I_С.МГН должен быть, с одной стороны, больше тока трехфазного КЗ в точке А в максимальном режиме работы сети, приведённого к стороне высшего напряжения трансформатора, а с другой стороны, она должен быть меньше минимального тока двухфазного КЗ на стороне ВН трансформатора (точка Б) , т.е. защита должна его отключать. Кроме того, ток срабатывания мгновенной токовой отсечки I_С.МГН должен быть больше тока намагничивания I_НАМ, т.е. МТО не должна чувствовать броски этого тока при включении трансформатора. Физически это характеризуется, с одной стороны, коэффициентом надежности отстройки (несрабатывания) мгновенной токовой отсечки К_Н.О, а с другой стороны, коэффициентом чувствительности К_Ч.МО.

Таким образом, графическая интерпретация условий расчёта уставок защиты трансформатора позволяет наглядно увидеть как защиты (ЗП, СТО, МТО) реагируют на нагрузочные токи или токи КЗ.

4. Газовая защита применяется для защиты трансформатора от повреждений внутри бака, сопровождающихся выделением газа из трансформаторного масла, а также при понижении уровня масла в баке. Согласно ПУЭ [1, п. 3.2.53] газовая защита устанавливается на внуртицеховых понижающих трансформаторах мощностью 630 кВА и более, на остальных – начиная с мощности 1000 кВА и более.

Отступление. Для охлаждения силовых трансформаторов используют трансформаторное масло или негорючий диэлектрик, температура которых зависит, во-первых, от нагрузки трансформатора, во-вторых, от температуры окружающей среды. Соответственно меняется объём этих охлаждающих жидкостей. Возможность изменения объёма учитывается конструктивным исполнением силовых трансформаторов.

В зависимости от используемой системы охлаждения различают следующие конструкции силовых трансформаторов напряжением 6–10/0,4 кВ и мощностью до 4000 кВА (рис. 16.6):

ТМ-2500	ТМГ-1000	ТМЗ-2500 или ТНЗ-2500
Рис. 16.6. Конструкции силовых трансформаторов напряжением 6–10/0,4 кВ

ТМ – трансформатор масляный. При нагревании масла и увеличении его объёма избыток масла поднимается в расширитель.

ТМГ – трансформатор масляный, герметичного исполнения, без расширителя. Температурные изменения объема масла компенсируются изменением объема гофров бака или радиаторов за счет их пластичной деформации.

ТМЗ, ТНЗ – трансформатор, в котором качестве охладителя используется трансформаторное масло или негорючий диэлектрик. Буква «З» обозначает защищённое (боковое) исполнение высоковольтных и низковольтных вводов обмоток. У данной конструкции трансформатора также отсутствует расширитель. В баке масло или диэлектрик по высоте покрывает активную часть трансформатора (магнитопровод и обмотки), а верхняя часть объёма внутри бака заполнена инертным газом – азотом (так называемая «азотная подушка»), который, сжимаясь или расширяясь, компенсирует температурное изменение объёма масла или диэлектрика.

При возникновении внутри трансформатора каких-либо повреждений, сопровождающихся электрической дугой (при КЗ обмоток на корпус бака или на магнитопровод, нарушениях магнитной системы и т.д.) и выделением большого количества тепла, происходит разложение трансформаторного масла (или охлаждающего диэлектрика) с образованием газов. В результате в трансформаторах типа ТМ масло с газом выходит в расширитель, в трансформаторах с герметичной конструкцией бака (типа ТМГ, ТМЗ, ТНЗ) повышается давление.

При утечке или уходе масла из трансформатора по каким-либо причинам (повреждения бака или охлаждающих радиаторов, неисправности с запорными вентилями и др.) снижается уровень масла в баке. В результате масло уходит из расширителя, либо в герметичных конструкциях создаётся разрежение (снижается давление).

Эти физические процессы используются для построения газовой защиты силовых трансформаторов:

1. В трансформаторах типа ТМ между баком и расширителем устанавливается газовое реле, которое при небольших повреждениях и относительно медленном движении газо-масляной смеси из бака в расширитель срабатывает «на сигнал»; при значительном повреждении и интенсивном движении смеси срабатывает «на отключение» трансформатора [14].

При утечке масло уходит из расширителя, при этом газовое реле, реагируя на это, может работать сначала «на сигнал», а потом – «на отключение» трансформатора.

С конструкцией газового реле и его работой мы познакомимся подробно в разделе 19. Для защиты рассматриваемых силовых трансформаторов может быть использовано газовое реле типа РГТ25 [14].

2. На трансформаторах типа ТМГ, ТМЗ, ТНЗ газовая защита выполняется с использованием мановакуумметров – приборов, измеряющих давление. При возникновении повреждения в таких трансформаторах давление внутри бака растёт, а при утечке масла снижается. Мановукуумметр имеет двухстороннюю шкалу с отметкой по середине, соответствующей нормальному давлению, равному 1 атмосфере (атм.). Шкала вправо от 1 атм. соответствует повышению давления, а шкала влево – понижению. На отметках шкалы, например, 1,5 и 0,5 атм. устанавливаются контакты. При повышении давления, когда стрелка мановакуумметра доходит до значения 1,5 атм. или более, замыкается контакт, формируя сигнал о ненормальной работе трансформатора. Аналогично при снижении давления, когда стрелка доходит до значения 0,5 атм. или менее, замыкается другой контакт, формирующий сигнал об утечке масла из бака.