30. Виды повреждений и ненормальных режимов работы трансформаторов. Основные и резервные защиты трансформаторов.

В процессе эксплуатации возможны повреждения в трансформаторах и на их соединениях с коммутационными аппаратами. Могут также быть опасные ненормальные режимы работы, не связанные с повреждением трансформатора или его соединений.

Основными видами повреждений трансформаторов являются одно- и многофазные замыкания в обмотках и на выводах трансформатора, а также «пожар стали» магнитопровода. Однофазные повреждения бывают двух видов: на землю и между витками обмотки (витковые замыкания). Наиболее вероятны однофазные и многофазные замыкания на выводах трансформатора и однофазные замыкания в обмотках. Значительно реже возникают многофазные замыкания в обмотках. Защита от коротких замыканий выполняется с действием на отключение поврежденного трансформатора. Для ограничения размеров разрушений её выполняют быстродействующей.

Ненормальные режимы работы трансформаторов обусловлены внешними короткими замыканиями и перегрузками. В этих случаях в обмотках трансформатора появляются большие токи или сверхтоки. Особенно опасны токи, появляющиеся при внешних коротких замыканиях; эти токи могут значительно превышать номинальный ток трансформатора. В случае длительного прохождения тока возможны интенсивный нагрев изоляции обмоток и её повреждение. Вместе с этим при коротком замыкании снижается напряжение в сети. Поэтому в трансформаторе должна предусматриваться защита от сверхтоков, обусловленных неотключившимся внешним коротким замыканием.

Перегрузка трансформаторов не влияет на систему электроснабжения в целом, так как она не сопровождается снижением напряжения. Кроме того, токи перегрузки обычно невелики и их прохождение допустимо в течение некоторого времени, достаточного для того, чтобы персонал принял необходимые меры к разгрузки трансформатора. Согласно нормам перегрузку током можно допускать в течение 45 мин.

К ненормальным режимам работы также относится недопустимое понижение уровня масла, которое может произойти, например, вследствие повреждения бака.

Основные и резервные защиты трансформатора

Газовая защита

Газовая защита основана на использовании явления газообразования в баке поврежденного трансформатора. Интенсивность газообразования зависит от характера и размеров повреждения. Это дает возможность выполнить газовую защиту, способную различить степень повреждения, и в зависимости от этого действовать на сигнал или отключение.

Основным элементом газовой защиты является газовое реле KSG, устанавливаемое между баком и расширителем.

Достоинства газовой защиты: высокая чувствительность и реагирование почти на все виды повреждений внутри бака трансформатора; сравнительно небольшое время срабатывания; простота выполнения, а также способность защищать трансформатор при недопустимом снижении уровня масла по любым причинам. Наряду с этим защита имеет ряд существенных недостатков, основной из которых – нереагирование её на повреждения, расположенные вне зоны бака, в зоне между трансформатором и выключателями. Возможны ложные срабатывания при доливке масла, а также в районах, подверженных землетрясениям. В связи с этим нельзя использовать газовую защиту в качестве единственной защиты трансформатора от внутренних повреждений. Газовая защита обязательна для трансформаторов мощностью более 6300 кВА.

Токовые защиты трансформатора

Для отключения трансформатора при к.з. на выводах трансформатора и его соединениях с выключателями на трансформаторах небольшой и средней мощности предусматривается токовая защита от многофазных коротких замыканий. Она содержит обычно две ступени: токовую отсечку с выдержкой времени и максимальную токовую защиту. Защита устанавливается со стороны источника питания непосредственно у выключателя, при этом в зону действия защиты входят трансформатор и его соединения с выключателями. Срабатывая, защита действует на отключение выключателей. Селективность отсечки обеспечивается выбором её тока срабатывания по выражению:

.

Максимальный ток короткого замыкания определяется при повреждении на шинах низшего напряжения в точке К₁ . Коэффициент отстройки в зависимости от типа реле принимается , при этом отсечка без выдержки времени оказывается отстроенной от бросков тока намагничивания. Сопротивление трансформатора обычно достаточно велико, поэтому при коротком замыкании со стороны питания ток повреждения значительно превышает . Указанное соотношение токов дает возможность использовать токовую отсечку без выдержки времени в качестве защиты трансформаторов, причем она обладает достаточной чувствительностью коротким замыканиям со стороны питания. Недостаток отсечки без выдержки времени состоит в неполной защите трансформаторов. В её зону действия входит только часть обмотки. Защита не срабатывает при коротких замыканиях на выводах и в соединениях с выключателем со стороны низшего напряжения (K₃).

Для отключения к.з. в точке К₃ токовая отсечка дополняется максимальной токовой защитой, полностью защищающей трансформатор и являющейся одновременно его защитой от сверхтоков внешних коротких замыканий. Получается защита со ступенчатой характеристикой выдержки времени без второй ступени.

На параллельно работающих трансформаторах защита со ступенчатой характеристикой выдержки времени сохраняет селективность только при к.з. в зоне первой ступени; селективное действие третьей ступени обеспечивается только при наличии на шинах низшего напряжения параллельно работающих трансформаторов секционного выключателя с защитой, имеющей меньшую выдержку времени. Защита имеет недостаточную чувствительность к витковым замыканиям и не обеспечивает достаточного быстродействия при многофазных повреждениях в обмотке. Для повышения чувствительности к повреждениям внутри бака защита со ступенчатой характеристикой дополняется газовой защитой.

Дифференциальные токовые защиты трансформаторов

Дифференциальный принцип позволяет выполнить быстродействующую защиту трансформатора, реагирующую на повреждения в обмотках, на выводах и в соединениях с выключателями. При этом она может иметь недостаточную чувствительность только при витковых замыканиях и пожаре стали. Для осуществления защиты используются трансформаторы тока, установленные с обеих сторон защищаемого трансформатора вблизи выключателей. Вторичные обмотки трансформаторов тока и реле КА соединяется в схему продольной дифференциальной защиты с циркулирующими токами.

П ри этом в реле КА при отсутствии повреждения в защищаемой зоне проходит ток небаланса. Этот ток в дифзащите трансформатора определяется не только погрешностью трансформаторов тока, но и рядом дополнительных факторов, таких как ток намагничивания трансформатора, схема соединения обмоток трансформатора, коэффициент трансформации трансформаторов тока, разнотипность трансформаторов тока, а также автоматического регулирования коэффициента трансформации трансформатора.