43. Токи небаланса в дифференциальной защите трансформаторов (автотрансформаторов).

При внешних КЗ и нагрузке вследствие нарушения равенства вторичных токов в реле появляется ток небаланса который может вызвать неправильную работу дифференциальной защиты.

Iнб = IIв - IIIв (16.31)

Неравенство вторичных токов в плечах РЗ обусловливается: погрешностью ТТ. изменением коэффициента трансформации силового трансформатора при регулировании напряжения. неполной компенсацией неравенства вторичных токов в плечах РЗ. наличием намагничивающих токов силового трансформатора, вносящих искажение в его коэффициент трансформаиии. Каждая из этих причин порождает свою составляющую Iнб:

1) составляющую IнбTT, вызываемую наличием погрешностей (токов намагничивания) ТТ, питающих РЗ. С учетом токов намагничивания разность вторичных токов, проходящих через реле при внешнем КЗ:

Считая, что неравенство первичных токов по значению и фазе полностью скомпенсировано, получаем, что в (16.32) II / KII = III / КIII С учетом этого: Iнб TT = III нам - II нам (16.33)

Выражение (16.33) показывает, что ток Iнб, обусловленный погрешностью ТТ, равен геометрической разности намагничивающих токов ТТ РЗ;

2) составляющую Iнб.peг которая появляется при изменении (регулировании) коэффициента трансформации Кт силового трансформатора или автотрансформатора.

Компенсация неравенства первичных токов, осуществляемая с помощью выравнивающего трансформатора, обеспечивается при определенном соотношении токов обмоток ВН и НН силового трансформатора, определяемом коэффициентом трансформации Кт. При изменении Kт компенсация и равенство вторичных токов нарушаются, и в дифференциальном реле появляется ток небаланса Iнб.peг Обычно параметры выравнивающих устройств подбираются для среднего рабочего значения Кт.

На повышающих силовых трансформаторах и автотрансформаторах предусматриваются ответвления, позволяющие изменять Кт в пределах ± 5% номинального (среднего) значения.

3) составляющую, обусловленную наличием тока намагничивания у силового трансформатора. Ток намагничивания нарушает расчетное соотношение между первичным и вторичным токами силового трансформатора, вызывает ток Iнб.нам = Iнам

В нормальном режиме Iнам силового трансформатора не превышает 1-5% номинального тока; при КЗ ток намагничивания уменьшается; при неустановившемся режиме, связанном с внезапным увеличением напряжения на трансформаторе, ток намагничивания силового трансформатора резко возрастает. В режиме нагрузки и КЗ Iнб.нам обычно не учитывается.

44. Газовая защита трансформаторов (автотрансформаторов) (область применения, назначение, принцип действия).

Газовая защита устанавливается на трансформаторах, автотрансформаторах и реакторах с масляным охлаждением, имеющих расширители. Применение газовой защиты является обязательным на трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 6 300 кВ-А и более, а также на трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 1 000—4 000 кВ-А, не имеющих дифференциальной защиты или отсечки, и если максимальная токовая защита имеет выдержку времени 1 с и более. На трансформаторах мощностью 1 000—4 000 кВ-А 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 кВ-А и выше независимо от наличия других быстродействующих защит [Л. 41].

Действие газовой защиты основано на том, что всякие, даже незначительные повреждения, а также повышенные нагревы внутри бака трансформатора 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. 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 недостаточной величины тока при этом виде повреждения. 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. 9-10.

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.

В общем случае полный ток небаланса Iнб = Iнб TT + Iнб.pег + Iнб.комп (16.36) Для упрощения написания составляющих в дальнейшем будем обозначать: IнбТТ = I'нб, Iнб.pег = I''нб, Iнб.комп = I'''нб При таком обозначении получим: Iнб = I'нб + I''нб + I'''нб (16.37) Причины повышенного значения Iнб в дифференциальной РЗ трансформаторов. Значение тока небаланса в дифференциальной РЗ трансформаторов оказывается обычно большей, чем в дифференциальных РЗ генераторов, что объясняется наличием дополнительных составляющих в токе небаланса (Iнб.рег и Iнб.комп) и большим абсолютным значением составляющей Iнб TT, обусловленной погрешностями ТТ. Последнее вызывается тремя особенностями, характерными для дифференциальных РЗ трансформаторов. Второй особенностью дифференциальной РЗ трансформаторов является большое сопротивление нагрузки, присоединенной ко вторичным обмоткам ТТ, и значительное различие сопротивлений плеч, обусловленное различием расстояний до места установки ТТ. Кроме того, нужно учитывать, что сопротивление линейных проводов ложится утроенной нагрузкой на ТТ, соединенные в треугольник, благодаря чему даже при равенстве длин плеч ТТ, соединенные в треугольник, оказываются более загруженными, чем вторая группа ТТ, соединяемых в звезду. 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 КЗ для различных групп ТТ дифференциальной РЗ получаются неодинаковыми Меры для предупреждения действия защиты от токов небаланса. Предотвращение работы РЗ от токов небаланса достигается выбором тока срабатывания РЗ Iср > Iнб, а также применением торможения. Для обеспечения достаточной чувствительности РЗ принимаются меры к понижению значения Iнб. УменьшениеIнб ТТ обеспечивается подбором ТТ и их вторичной нагрузки по кривым предельной кратности или по характеристикам намагничивания ТТ так, чтобы погрешность ТТ не превышала 10%. Для повышения чувствительности и отстройки от тока небаланса в схемах дифференциальной РЗ (см. § 16.9) применяются реле, включаемые через НТТ (см. § 16.8), или реле с торможением от сквозного тока КЗ, или реле, использующие оба принципа

У поплавковых реле внутри кожуха укреплены на шарнирах два поплавка, представляющих собой полые металлические цилиндры. На поплавках укреплены ртутные контакты, соединенные гибкими проводниками с выводными зажимами на крышке реле. 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. 9-11. 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. 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 подействовать на отключение не может, так как оно заполняется газом лишь до верхней кромки отверстия маслопровода, после чего газы будут выходить в расширитель.

Нижний поплавок, расположенный против отверстия маслопровода, является отключающим элементом реле.
При бурном газообразовании вследствие повышения давления в баке трансформатора возникает сильный поток газа и масла в расширитель через газовое реле. При скорости движения потока газов и масла порядка 0,5 м/с нижний поплавок, находящийся на пути движения потока, опрокидывается, и происходит замыкание его ртутных контактов в цепи отключения