7.2. Требования к защитам трансформатора
Способы защит трансформатора, в первую очередь, определяются его мощностью и зависят от места установки трансформатора, его напряжения и даже от схемы подключения к источнику электроэнергии.
Десятки диссертаций посвящены защитам трансформаторов большой мощности (более 25 МВА), но удовлетворительных результатов, устраивающих энергетиков и электротехническую промышленность пока нет.
В основном предлагалось увеличить количество используемых признаков идентификации нормальных и аварийных режимов, а повышение аппаратурной надежности достигается встроенными средствами непрерывного диагностирования и введением аппаратурной избыточности.
Выполнение защит, основанных на измерении модулей токов, усложняется вследствие наличия переходных процессов при включении трансформатора. Амплитуда намагничивающего тока может составить 5…8 значений номинального тока IN. Приведем допустимое время срабатывания защиты по различным условиям:
4…5 мс – по обеспечению интервала точной работы трансформатора тока;
5…14 мс – в трансформаторе (мощностью более 25 МВА) по условию перегорания проводника от дуги в точке КЗ, т.е. металлической дугой (полное витковое замыкание);
40…50 мс – расплавление замкнутого витка в трансформаторах небольшой мощности;
100 мс – перегорание проводника от дуги при неполном витковом замыкании.
Допустимые чувствительности различных электрических защит приведены в таблице 11.4.
Таблица 11.4
Токи срабатывания различных электрических защит трансформатора
Наименование |
IСЗ |
Токовая дифференциальная отсечка |
(4…9) IN |
Дифференциальная защита на электромеханическом реле |
(1,3…2) IN |
Диффенциальная защита с полупроводниковыми элементами, S>25 МВА |
(0,3…0,5) IN |
Защиты со специальными чувствительными приставками и элементами вычислительной техники либо встроенные датчики, S>25МВА |
(0,03…0,05) IN |
Защиты на потенциале обмотки и передают сигнал по беспроводному каналу, S> 25 МВА |
(0,0004…0,001) IN |
7.3. Виды повреждений и ненормальных режимов работы трансформаторов и защит от них
Внутренние повреждения: многофазные замыкания в обмотках и на выводах; однофазные замыкания в обмотках и на выводах; витковые замыкания.
К ненормальным режимам относятся:
перевозбуждение трансформатора. Его обнаружил Alexander G.W. (1966, США). Режим, при котором амплитуда индукции превышает индукцию холостого хода (ХХ). Повышение напряжения, снижение частоты. Сильное искажение тока, но нет апериодической составляющей.
Таблица 11.5
Допустимые повышения индукции
t, с |
1200 |
20 |
1 |
0.1 |
Bm/BN |
1,15 |
1,3 |
1,58 |
1,66 |
Защита:
обычно дифференциальная защита;
специальная защита:
.
Характерные значения номинальной индукции, индукции насыщения и остаточной индукции для трансформаторов…
бросок намагничиваемого тока – это переходный процесс, проявляющийся в резком увеличении тока намагничивания, вызванный включением под напряжение или восстановлением напряжения после внешнего КЗ.
перегрузки, вызванные отключением, например, одного из параллельно работающих трансформаторов. Токи перегрузки относительно невелики, и поэтому допускается перегрузка в течение некоторого времени, определяемого кратностью тока перегрузки по отношению к номинальному;
возникновение токов при внешних КЗ, представляющих собой опасность в основном из-за их теплового действия на обмотки трансформатора, поскольку эти токи могут существенно превосходить номинальные. Длительное прохождение тока внешнего КЗ может возникнуть при неотключившемся повреждении на отходящем от трансформатора присоединении;
недопустимое понижение уровня масла, вызываемое значительным понижением температуры и другими причинами.
Согласно ПУЭ, для трансформаторов должны быть предусмотрены устройства РЗ от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:
многофазных замыканий в обмотках и на выводах;
однофазных замыканий на землю в обмотке и на выводах, присоединенных к сети с глухозаземленной нейтралью;
витковых замыканий,
токов в обмотках, обусловленных внешними КЗ;
токов, обусловленных перегрузкой;
понижения уровня масла;
однофазных замыканий на землю в сетях 3-10 кВ с изолированной нейтралью.
Отметим, кроме того, что возможно возникновение «пожара в стали», вызванного витковыми токами в магнитопроводе при повреждении изоляции листов стали пакета магнитопровода.
При разработке РЗ трансформаторов приходится отстраиваться от переходных процессов, возникающих при включении трансформатора под напряжение, поскольку амплитуда броска тока может в 6-8 раз превышать амплитуду номинального тока.
Простейшей защитой может служить предохранитель. Этот способ прост, но имеет ряд недостатков. В большинстве случаев для защиты от внутренних и внешних повреждений применяется релейная защита. Для защиты трансформаторов применяются:
токовая отсечка,
максимальная токовая защита.
защита от токов перегрузки;
максимальная токовая защита с комбинированным пуском;
максимальная токовая защита с пуском по напряжению;
продольная дифференциальная токовая защита;
газовая защита.