1.1.Виды повреждений трансформаторов и типы защит
Виды повреждений. Основными видами повреждений в трансформаторах являются:
а) замыкания между фазами внутри кожуха трансформатора и на наружных выводах обмоток;
б) замыкания в обмотках между витками одной фазы (витковые замыкания);
в) замыкания на землю обмоток или их наружных выводов.
Н
аиболее
часто происходят КЗ на выводах и витковые
замыкания в обмотках трансформаторов.
Рис.16. Токи при витковом коротком замыкании в обмотках трансформатора
При витковых замыканиях токи, идущие к месту повреждения от источника питания, могут быть небольшими (рис.16). Ток повреждения Iк, проходящий от источника питания, можно найти из уравнения баланса намагничивающих сил Iк w1 = Iкαwα , откуда
Iк =
,
где Iк – ток повреждения; Iкα
– ток короткого замыкания; w1
– витки первичной обмотки трансформатора;
wα – замкнувшиеся накоротко
витки. Отношение
,
следовательно ток Iк< Iкα
. Чем меньше число замкнувшихся витков,
тем меньше ток Iк, приходящий
из сети.
Защиты трансформатора, предназначенные для действия при витковых замыканиях , а также при замыканиях на землю в обмотке, работающей на сеть с изолированной нейтралью, должны обладать высокой чувствительностью.
Защита от повреждений в трансформаторе действует быстро. Повреждения, сопровождающиеся большими токами КЗ Iк.з. должны отключаться без выдержки времени с t=0,05-0,1 с.
Защита от повреждений. В качестве таких защит применяются токовая отсечка, дифференциальная защита и газовая защита.
1.2.Ненормальные режимы и защита от них
Наиболее часто ненормальным режимом работы трансформаторов является появление в них сверхтоков, т.е. токов, превышающих номинальный ток обмоток трансформаторов. Сверхтоки в трансформаторах возникают при внешних КЗ и перегрузках. Последние возникают вследствие самозапуска электродвигателей, увеличения нагрузки в результате отключений параллельно работающего трансформатора, автоматического подключения нагрузки при действии АВР (автоматического включения резерва) и т.п.
Внешние КЗ. При внешнем КЗ, вызванном повреждением на шинах трансформатора или неотключившимся повреждением на отходящих от шин присоединении, по трансформатору проходят токи КЗ Iк.з. > Iном , которые нагревают его обмотки сверх допустимого значения, что может привести к повреждению трансформатора. В связи с этим трансформаторы должны иметь защиту от внешних КЗ, отключающую трансформатор с минимальной выдержкой времени. Внешние КЗ сопровождаются понижением напряжения в сети.
Защита от внешних КЗ осуществляется при помощи максимальной токовой защиты, максимальной защиты с блокировкой минимального напряжения, токовой защиты нулевой последовательности и обратной последовательности. В зону действия от внешних КЗ должны входить шины подстанции (1 участок защиты) и все присоединения, отходящие от этих шин (2 участок защиты). Защиты от сверхтоков являются также резервными от повреждений в трансформаторе.
Перегрузка. Перегрузка обычно не сопровождается значительными понижениями напряжения в сети. Поэтому требования ко времени действия защиты от перегрузки определяются только нагревом изоляции обмоток. Масляные трансформаторы допускают длительную перегрузку по току на 5%.
Защита трансформатора от перегрузки должна действовать на отключение только, когда перегрузка не может быть устранена персоналом. Во всех остальных случаях защита должна действовать на сигнал.
Защита от перегрузки выполняется, реагирующей на ток с действием на сигнал или отключение в зависимости от характера обслуживания подстанции.
Повышение напряжения. К числу опасных для трансформаторов ненормальных режимов, возникающих в сетях 500 - 750 кВ, относится повышение напряжения. Оно возникает при одностороннем отключении длинных линий с большой емкостной проводимостью или при резонансе, вызванном определенным сочетанием емкости линии и индуктивности шунтирующих реакторов.
Повышение напряжения вызывает увеличение магнитной индукции в магнитопроводе трансформатора, вследствие чего происходит возрастание тока намагничивания и вихревых токов. Эти токи нагревают обмотку и сердечник трансформатора, что может привести к повреждению изоляции обмоток и «пожару железа» сердечника. Чем больше уровень повышения напряжения, тем меньше время tдоп., в течение которого оно допускается.