33.Поперечная дифференциальная токовая направленная защита. Зона каскадного действия. Схема подачи оперативного тока. Расчет тока срабатывания. Комбинированный пуск по напряжению.

Поперечная дифференциальная токовая направленная защита

Если в схему поперечной дифференциальной защиты включить реле направления мощности, то она определяет поврежденную линию.

Защита имеет два измерительных органа:

1. Тока. Он является пусковым. Используется реле тока максимального действия.

2. Направления мощности. Он называется избирательным.

Используется измерительный орган направления мощности двустороннего действия. При малых углах между током и напряжением реле замыкает одни контакты, а при больших – другие. Обмотка тока реле направления мощности включается последовательно с обмоткой реле тока на разность токов фаз. Обмотка напряжения включается по 90-градусной схеме. Защита устанавливается с обеих сторон двух параллельных линий.

Векторные диаграммы

1. КЗ в точке К1

2. КЗ в точке К2

При КЗ в точке К1 реле направления мощности КW1 и КW2 имеют положительные вращающие моменты, под действием которых они замыкают контакты, действующие с двух сторон на отключение линии Л1.

При повреждении линии Л2 в точке K2 углы между токами и напряжениями, подводимыми к реле, изменяются на угол p. Реле мощности имеют отрицательные вращающие моменты, под действием которых они замыкают контакты, действующие с двух сторон на отключение линии Л2.

Зона каскадного действия

Дифференциальная защита имеет мертвую зону по току.

REL551-ТЕРМИНАЛ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ЛИНИЙ.

Надежность, эффективность, работоспособность энергосистемы во многом определяются уровнем технического совершенства и качества устройств РЗиА. Использование микропроцессорных устройств и компьютерной техники сегодня позволило создать высокосовершенные устройства контроля, защиты, управления нового поколения – современные многофункциональные терминалы. Такие блоки характеризуются большими функциональными возможностями, в сравнении с устройствами РЗ на старой элементной базе, благодаря адаптированности и совершенству аппаратного и программного обеспечения. Одним из лидеров в данном направлении считается компания АВВ. Фирмой разработано огромное количество микропроцессорных терминалов РЗ для различных объектов. Рассмотрим назначение, технические характеристики и особенности терминалов REL551.

REL551 предназначены для обеспечения выполнения основной защиты воздушных линий – продольной дифференциальной защиты. Помимо этого терминал имеет дополнительные функциональные возможности, к которым относятся:

- ненаправленная токовая МТЗ по фазным токам, а также токам нулевой последовательности (3Iо);

- УРОВ;

- АПВ (Автоматическое повторное включение);

- защита от тепловой перегрузки.

Также блок обеспечивает:

- использование команд управления (16 сигналов);

- 1-фазное либо многофазное отключение;

- мониторинг состояния объектов энергосистемы с помощью регистраторов аномальных режимов и событий, а также фиксацию средних величин тока и напряжения;

- передачу дискретных сигналов между несколькими ячейками, в качестве средств передающей связи может быть использовано оптоволокно или гальванические каналы;

- использование 4-х независимых групп уставок;

- возможность синхронизации времени с точность до1мс;

- управление и контроль с помощью удобного внешнего интерфейса человек-машина, размещенного на передней панели;

- возможность самоконтроля, при помощи мощного гибкого ПО и др.

Конструктивно терминал REL551 выполнен в стальном сварном корпусе, что наряду с высокой надежностью обеспечивает высокие требования по электромагнитной совместимости. Установка таких многофункциональных блоков позволяет создать полноценную защиту воздушных и кабельных линий, с разными системами заземления «нейтрали», и, дублированную в области основных и резервных защит.

Защиты трансформаторов.

Назначение и основные типы защиты трансформаторов и автотрансформаторов

Трансформаторы и автотрансформаторы конструктивно весьма надежны благодаря отсутствию у них движущихся или вращающихся частей. Несмотря на это, в процессе эксплуатации возможны и практически имеют место их повреждения и нарушения нормальных режимов работы. Поэтому трансформаторы и автотрансформаторы должны оснащаться соответствующей релейной защитой.

В обмотках трансформаторов и автотрансформаторов могут возникать короткие замыкания между фазами, одной или двух фаз на землю, между витками одной фазы и замыкания между обмотками разных напряжений. На вводах трансформаторов и автотрансформаторов, ошиновке и в кабелях также могут возникать короткие замыкания между фазами и на землю.

Кроме указанных повреждений, в условиях эксплуатации могут происходить нарушения нормальных режимов работы трансформаторов и автотрансформаторов, к которым относятся: прохождение через трансформатор или автотрансформатор сверхтоков при повреждении других связанных с ними элементов, перегрузка, выделение из масла горючих газов, понижение уровня масла, повышение его температуры.

Из изложенного - следует, что защита трансформаторов и автотрансформаторов должна выполнять следующие функции:

а) отключать трансформатор (автотрансформатор) от всех источников питания при его повреждении;

б) отключать трансформатор (автотрансформатор) от поврежденной части установки при прохождении через него сверхтока в случаях повреждения шин или другого оборудования, связанного с трансформатором (автотрансформатором), а также при повреждениях смежного оборудования и отказах его защиты или выключателей;

в) подавать предупредительный сигнал дежурному персоналу подстанции (или электростанции) при перегрузке трансформатора (автотрансформатора), выделении газа или масла, понижении уровня масла, повышении его температуры.

В соответствии с назначением для защиты трансформаторов (автотрансформаторов) при их повреждениях и сигнализации о нарушении нормальных режимов работы применяются следующие типы защит [Л. 5, 7, 41, 60, 76]:

1. Дифференциальная защита для защиты при повреждениях обмоток, вводов и ошиновки трансформаторов (автотрансформаторов).

2. Токовая отсечка мгновенного действия для защиты трансформатора (автотрансформатора) при повреждениях его ошиновки, вводов и части обмотки со стороны источника питания.

3. Газовая защита для защиты при повреждениях внутри бака трансформатора (автотрансформатора), сопровождающихся выделением газа, а также при понижениях уровня масла.

4. Максимальная токовая или максимальная направленная защита или эти же защиты с пуском минимального напряжения для защиты от сверхтоков, проходящих через трансформатор (автотрансформатор), при повреждении, как самого трансформатора (автотрансформатора), так и других элементов, связанных с ним. Защиты от сверхтоков действуют, как правило, с выдержкой времени.

5. Защита от замыканий на корпус.

6. Защита от перегрузки, действующая на сигнал, для оповещения дежурного персонала или с действием на отключение на подстанциях без постоянного дежурного персонала.

Кроме того, в отдельных случаях на трансформаторах (автотрансформаторах) могут устанавливаться и другие виды защиты.

3.2. Назначение и основные типы защит

трансформаторов

3.2.1. Максимальная токовая защита

Максимальная токовая защита МТЗ должна действовать при токах, превышающих максимальные значения, и токах короткого замыкания. В то же время, эта защита должна быть не чувствительна к перегрузкам.

Выполняется МТЗ по двум принципам: с временем срабатывания, зависящим от величины тока и с постоянной независимой уставкой времени срабатывания.

Схема со временем срабатывания, независящим от величины тока выполняется на основе реле тока РТ-40 и реле времени (рис. 32).

В цепи питания электромагнита отключения YAT имеется блок контакт выключателя Q:1, который разрывает цепь питания электромагнита при отключении выключателя, так как он не предназначен для продолжительного протекания тока.

Максимальная токовая защита с временем срабатывания, зависящим от величины тока выполняется на основе реле тока индукционного типа РТ-80

Несмотря на то, что у трансформаторов отсутствуют движущееся и вращающееся части в процессе эксплуатации возможны и практически имеют место повреждения и нарушение нормальных режимов работы. Поэтому трансформаторы и автотрансформаторы должны оснащаться релейной защитой.

В обмотках трансформаторов могут возникать К.З. между фазами, одной или двух фаз на землю, между витками одной фазы и замыкания между обмотками. На вводах трансформаторов, ошиновок также могут возникать замыкания между фазами и на землю. Кроме указанных повреждений, в условиях эксплуатации могут происходить нарушение нормальных режимов работы трансформаторов, к которым относятся:

прохождение через трансформатор сверхтоков при повреждении других элементов, связанных с трансформатором;

перегрузка;

выделение из масла горючих газов;

понижение уровня масла, повышение его температуры.

Из выше изложенного следует, что защита трансформаторов должна удовлетворять следующим условиям:

Отключать трансформатор от всех источников питания при его повреждении.

Отключить трансформатор от поврежденной части установки при прохождении через него сверхтоков в случаях повреждения шин или другого оборудования, связанного с трансформатором, а также при повреждении смежного оборудования и отказа защиты на нем или выключателе.

Подавать предупредительный сигнал дежурному подстанции при перегрузке трансформатора, выделении газа из масла, понижения уровня масла, повышении его температуры.

В соответствии с назначением для защиты трансформаторов при их повреждениях и сигнализации о нарушении нормальных режимов работы применяются следующие типы защит:

Дифференциальная защита – для защиты при повреждении обмоток, вводов, ошиновки трансформаторов.

Токовая отсечка мгновенного действия для защиты трансформатора при повреждении его ошиновки, вводов и части обмоток со стороны источника питания.

Газовая защита для защиты при повреждениях внутри бака трансформатора, сопровождающихся выделением газа, а также при понижении уровня масла.

Максимальная токовая защита, максимальная направленная защита или МНЗ с пуском минимального напряжения для защиты от сверхтоков, проходящих через трансформатор при повреждении, как самого трансформатора, так и элементов связанных с ним.

Защита от перегрузки, действующая на сигнал на подстанции с обслуживающим персоналом и на отключение – без обслуживающего персонала.

Кроме того, в отдельных случаях на трансформаторах устанавливаются другие виды защит.

40.Релейная защита трансформаторов. Газовая защита.

Газовая защита основана на использовании явления газообразования в баке поврежденного трансформатора. Интенсивность газообразования зависит от характера и размеров повреждения.

В зависимости от степени повреждения защита действует на сигнал или отключение. Основным элементом газовой защиты является газовое реле. Обозначение - КSG. Наиболее совершенным реле является реле типа РГЧЗ-66.

Реле устанавливается в маслопроводе между баком и расширителем.

Элементы реле:

1, 2 - алюминиевые чашки;

3 – оси;

4- подвижные контакты;

5 - неподвижные контакты;

6- пружины;

7- лопасть.

В нормальном режиме при наличии масла в кожухе реле чашки удерживаются пружинами. Контакты реле разомкнуты. При газообразовании масло из реле вытесняется, а в чашках остается. Под тяжестью масла чашки опускаются и контакты замыкаются. Сначала опускается верхняя чашка и реле действует на сигнал. Контакты нижней чашки действуют на отключение трансформатора.

При интенсивном газообразовании возникает сильный поток масла и газов из бака в расширитель через га­зовое реле. На пути потока находится лопасть 7, действующая вместе с нижней чашкой на общий контакт. Если скорость движения масла и газов достигает значения уставки реле, лопасть поворачивается и замыкает контакт в цепи отключения трансформатора, Предусмотрены три уставки срабатывания отключающего элементы по скорости потока масла: 0,6; 0,9; 1,2 м/с. При этом время срабатывания реле составляет tс.р==.0.,05... 0,5с. Уставка по скорости потока масла определяется мощностью и характером охлаждения трансформатора.

В нашей стране широко используется газовое реле с двумя шарообразными пластмассовыми поплавками типа ВF80-Q. Реле имеет некоторые конструктивные особенности. Однако принцип действия его такой же, как и других газовых реле.

Схема газовой защиты

Действие газовой защиты на отключение выполняется с самоудерживанием, что­бы обеспечить отключение трансформатора в случае кратковременного замыкания или вибрации нижнего контакта газового реле, обусловленных толчками по­тока масла при бурном газообразовании.

В схеме защиты на переменном оперативном токе самоудерживание достигается путем шунтирования нижнего контакта газового реле KSG верхним замыкающим контактом реле KL. Само-удерживание автоматически снимается после разрыва цепи отключения вспомогательным контактом Q,1.2 выключателя Q.1.

Достоинства газовой защиты:

1. Высокая чувствительность и реагирование практически на все виды повреждения внутри бака;

2. Сравнительно небольшое время срабатывания;

3. Простота выполнения;

4. Защищает трансформатор при недопустимом понижении уровня масла любым причинам.

Недостатки.

1. Не реагирует на повреждения, расположенные вне бака, в зоне между трансформатором и выключателями.

2. Защита может действовать ложно при попадании воздуха в бак трансформатора, например, при доливке масла, после ремонта системы охлаждения и др. Возможны также ложные срабатывания защиты на трансформаторах, установленных в районах, подверженных землетрясениям. В таких случаях допускается возможность перевода действия отключающего элемента на сигнал.

В связи с этим газовую защиту нельзя использовать в качестве единственной защиты трансформатора от внутренних повреждений.

Газовая защита обязательна для трансформаторов мощностью Рт≥6300кВА. Допускается устанавливать газовую защиту и на трансформаторах меньшей мощности. Для внутрицеховых подстанций газовую защиту следует устанавливать на понижающих трансформаторах практически любой мощности, допускающих это по конструкции,

независимо от наличия другой быстродействующей защиты.

ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ.

Дифференциальная защита используется в качестве главной защиты силовых трансформаторов от одно- и междуфазных внутренних витковых повреждений, на ошиновке и вводах. Она характеризуется абсолютной селективностью между соответствующими трансформаторами тока, отличается высокой чувствительностью и не реагирует на любые повреждения и КЗ вне зоны действия - на соседних элементах системы электроснабжения (генераторах, линиях, двигателях и т.д.), и исполняется без выдержки времени.

Область применения

Вследствие сложности ее выполнения, дифференциальную защиту устанавливают:

- на трансформаторах, работающих параллельно, у которых номинальная мощность равна 4МВА и выше, и 1МВА, если ТО не имеет нормируемый коэффициент чувствительности, выдержка времени МТЗ составляет более 0,5сек;

- на одиночных трансформаторах, номинальной мощностью 6,3МВА и более.

Принцип работы ДЗТ основан на измерение разности токов 2-х (или 3-х) сторон силового трансформатора. С 2-х или 3-х сторон устанавливают трансформаторы тока, обмотки которых соединяют последовательно. При этом параллельно им подключают специальное реле тока. В нормальном режиме вторичные токи в обмотках трансформаторов протекать не будут, т.е. их разность равна 0. При любых повреждениях в трансформаторе или в зоне действия защиты вторичные токи меняют свое направление, начинают течь к нему, что приводит в действие защиту на отключение трансформатора со всех (2-х или 3-х) сторон.

Реализуется ДЗТ с помощью:

- реле с торможением ДЗТ-11;

- реле РНТ-565;

- реле ДЗТ-21;

- полупроводниковых реле (РСТ-15, RET-316 и др.);

- микропроцессорных защит (шкафы RET и др.).

Особенности, оказывающие влияние на выполнение ДЗТ:

1. Отличие номинальных напряжений и токов сторон трансформаторов.

2. Различными схемами соединения обмоток силовых трансформаторов.

3. Наличие небаланса во вторичной дифференциальной цепи при внешних однофазных КЗ.

4. Бросок намагничивающего тока при возобновлении подачи напряжения после отключении КЗ или включении трансформатора.

ПРИНЦИПЫ ВЫПОЛНЕНИЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ПОНИЖАЮЩИХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

4-1. Типы релейной защиты трансформаторов

Для защиты понижающих трансформаторов от повреждений и ненормальных режимов в соответствии с Правилами [1] и на основании расчета применяются следующие основные типы релейной защиты.

1. Продольная дифференциальная защита — от коротких замыканий в обмотках и на их наружных выводах, для трансформаторов мощностью, как правило, 6,3 MB-А и выше; с действием на отключение трансформатора.

2. Токовая отсечка без выдержки времени — от коротких замыканий на наружных выводах ВН трансформатора со стороны питания и в части обмотки ВН, для трансформаторов, не оборудованных продольной дифференциальной защитой; с действием на отключение.

3. Газовая защита — от всех видов повреждений внутри бака (кожуха) трансформатора, сопровождающихся выделением газа из трансформаторного масла, а также от понижения уровня масла, для масляных трансформаторов мощностью, как правило, 6,3 MB-А и выше; с действием на сигнал и на отключение.

4. Максимальная токовая защита (с пуском или без пуска по напряжению) — от сверхтоков, обусловленных внешними междуфазными короткими замыканиями на сторонах НН или СН трансформатора, для всех трансформаторов, независимо от мощности и наличия других типов релейной защиты; с действием на отключение.

5. Специальная токовая защита нулевой последовательности, устанавливаемая в нулевом проводе трансформаторов со схемой соединения Y/У и ∆/У — от однофазных к.з. на землю в сети НН, работающей с глухозаземленной нейтралью (как правило, 0,4 кВ); с действием на отключение.

Максимальная токовая защита в одной фазе — от сверхтоков, обусловленных перегрузкой, для трансформаторов начиная с 400кВ-А, у которых возможна перегрузка после отключения параллельно работающего трансформатора или после срабатывания местного или сетевого АВР; с действием на сигнал или на автоматическую разгрузку.

Сигнализация однофазных замыканий на землю в обмотке* ВН или на питающем кабеле трансформаторов, работающих в сетях с изолированной нейтралью (с малым током замыкания на землю), к которым относятся сети 3—35 кВ.

Наиболее важные защиты — дифференциальная и газовая — могут применяться и на трансформаторах мощностью менее

4MB-А. Так, например, Правила [1] разрешают предусматривать дифференциальную защиту на трансформаторах 1MB-А в тех случаях, когда токовая отсечка не удовлетворяет требованиям чувствительности (§ 5-2), а максимальная токовая защита имеет выдержку времени tc. з > 0,6 с. Газовую защиту также стремятся устанавливать на трансформаторах меньшей мощности: от 1 до 4 MB-А, а на внутрицеховых трансформаторах — начиная с 630 кВ-А.

Таким образом, на понижающих трансформаторах релейная защита осуществляется с помощью нескольких типов защит, дополняющих и резервирующих друг друга. Такое резервирование называется ближним [14]. Оно осуществляется не только установкой на трансформаторе (или на другом элементе) двух защит, действующих при одних и тех же видах повреждений, но и путем разделения их цепей, например включения продольной дифференциальной и максимальной токовых защит на разные трансформаторы тока, применения разных источников оперативного тока, установки двух выходных реле [14]. Для повышения эффективности ближнего резервирования следует стремиться к повышению чувствительности защит, к применению более совершенных типов защиты, например дифференциальной защиты вместо токовой отсечки для трансформаторов мощностью менее 4MB*А.

Перечисленные типы защит рассматриваются в соответствующих главах. Примеры сочетания нескольких типов защит на трансформаторе приведены на рис. 4-1.

Наряду с ближним резервированием защита понижающего трансформатора должна осуществлять дальнее резервирование, т. е. действовать при к.з. в сети НН или СН в случаях отказа собственной защиты или выключателя поврежденного элемента этих сетей. Осуществлять дальнее резервирование способны лишь защиты с относительной селективностью [2]. Из перечисленных защит трансформаторов к ним относятся только максимальная токовая защита от внешних междуфазных к. з. (п. 4) и специальная токовая защита нулевой последовательности от однофазных к.з. на землю в сети 0,4 кВ (п. 5). При разработке схем этих защит и при выборе параметров срабатывания (уставок) следует стремиться к увеличению их чувствительности. Для повышения эффективности дальнего резервирования могут применяться и более сложные типы защит: дистанционные, фильтровые токовые защиты обратной последовательности, как это сейчас делается для мощных трансформаторов и автотрансформаторов.

Рис. 4-1.

Рис. 4-1. Типы защит понижающих трансформаторов с высшим напряжением 35—110 кВ (а) и 6—35 кВ (б)

ТД—токовая дифференциальная; ТНВ — максимальная токовая с пуском по напряжению с выдержкой времени; Г —газовая; Т_о—токовая отсечка; TqB — специальная токовая защита нулевой последовательности от к. з. на землю

Однако до сего времени в целом проблема дальнего резервирования полностью не решена. Современные защиты трансформаторов далеко не во всех случаях обладают достаточной чувствительностью при к. з. на отходящих реактированных кабельных линиях 6 и 10 кВ или при удаленных к.з. на длинных сельских линиях 6 и 10 кВ. В свою очередь, повреждения внутри и за понижающими трансформаторами относительно малой мощности очень часто не резервируются защитами питающих линий. Это вынужденно допускается Правилами [1]. Тем большее значение приобретает надежное функционирование собственных защит каждого элемента и их взаимное резервирование.

Дифференциальная защита трансформаторов. Общие сведения

Диф.защита применяется в качестве основной быстродействующей защиты трансформаторов и автотрансформаторов. Ввиду ее сравнительной сложности диф.защита устанавливается не на всех трансформаторах и лишь в следующих случаях:

1. На одиночно работающих трансформаторах мощностью 6300кВА и выше.

2. На параллельно работающих трансформаторах мощностью 1000кВА и выше.

3. На трансформаторах мощностью 1000кВА и выше, если токовая отсечка не обеспечивает необходимой чувствительности Кч>2, а МТЗ имеет время срабатывания t>1сек.

При параллельной работе трансформаторов диф.защита обеспечивает не только быстрое, но селективное отключение повреждения трансформатора.

Для выполнения диф.защиты трансформаторов устанавливаются ТТ со стороны всех напряжений. Вторичные обмотки ТТ соединяются в дифференциальную схему и параллельно с ним подключается токовое реле.

При рассмотрении принципа действия защиты условно принимается, что коэффициент трансформации силового трансформатора равен 1, т.е. одинаковое соединение обмоток и одинаковые ТТ. При этих условиях и пренебрегая током намагничивания трансформатора, который в параллельном режиме имеет малую величину можно считать, что первичные токи равны при протекании тока нагрузки или сквозного К.З

II=III, следовательно вторичные токи I1=I2 и с учетом этого Iр=I1-I2=0. Следовательно диф.защита на такие режимы не реагирует.

Практически вследствие несовпадения характеристик ТТ вторичные токи не равны и поэтому в реле протекает ток небаланса. Поэтому ток срабатывания диф.защиты должен быть отстроен от тока небаланса:

Iс.з.=KнIнб

При К.З. в трансформаторе ток в реле Iр= I1+I2 или , таким образом, при К.З. в зоне диф.защиты в реле проходит полный ток К.З., деленный на коэффициент трансформации ТТ. Под влиянием этого тока защита срабатывает и действует на отключение поврежденного трансформатора.

Особенности, влияющие на выполнение диф.защиты трансформаторов:

1. Наличие намагничивающего тока, протекающего только со стороны источника питания. Даже в этом случае, если коэффициент трансформации трансформатора 1 и одинаковое соединения обмоток, ток со стороны источника питания больше тока со стороны нагрузки на величину тока намагничивания трансформатора. В нормальном режиме намагничивающий ток составляет примерно 1-5%Iн трансформатора и поэтому вызывает лишь некоторое увеличение тока небаланса. Иные явления происходят при включении трансформатора на ХХ или при восстановлении напряжении после отключения К.З. В этом случае в обмотке трансформатора со стороны источника питания возникает бросок тока намагничивания, величина которого в первый момент в 5-8 раз превышает Iн трансформатора, но быстро в течении 1сек. затухает до величины порядка 20%Iн. Для предотвращения ложного срабатывания диф.защиты от броска намагничивающего тока, ток срабатывания защиты должен быть больше максимального значения тока намагничивания, т.е.

Iс.з.=КнIнам.max

Величина Iнам зависит от конструкции трансформатора и трудно подается учету. Поэтому при практических расчетах диф.защиты ток срабатывания определяется на основании опыта эксплуатации и специальных испытаний по формуле:

Iс.з.=КнIн

Коэффициент Кн принимается равным 1-4 в зависимости от типа реле, используемых в схеме диф.защиты. Установка величины тока срабатывания больше максимального значения тока намагничивания – не единственный способ отстройки от тока намагничивания. Ранее довольно широко применялись диф.защиты с током срабатывания, меньшим Iн, но с выдержкой времени 0,5-0,8сек. За это время ток намагничивания затухает. В настоящее время диф.защиты с выдержкой времени не применяется. Выдержка времени ухудшает защиту самого трансформатора, увеличивая размеры повреждения.

2. Неравенство вторичных токов и разнотипность ТТ.

Из принципа действия диф.защиты следует, что для получения наименьших токов небаланса ТТ должен иметь одинаковые характеристики, что при осуществлении диф.защиты трансформаторов практически невыполнимо, т.к. ТТ с разных сторон имеют разные nт и различное конструктивное исполнение. Вследствие этого они имеют различные характеристики и погрешности.

Номинальные токи обмоток трансформаторов, как правило, не совпадают со шкалой номинальных токов ТТ. Поэтому при выборе ТТ принимается ТТ, Iн которого больше по отношению к Iн обмотки трансформатора. Так например, Iн обмоток трансформатора мощностью 5600кВА напряжением 35/6,6кВ составляет:

со стороны обмотки 35кВ:

со стороны обмотки 6,6кВ:

При определенных выше номинальных токах ТТ должны иметь коэффициенты трансформации со стороны 35кВ 100/5 и со стороны 6,6кВ 600/5. При этом вторичные токи ТТ составляют:

со стороны обмотки 35кВ:

со стороны обмотки 6,6кВ:

Таким образом, вследствие неравенства вторичных токов в плечах диф.защиты в диф.реле при номинальной нагрузке трансформатора ток небаланса равен:

При сквозном токе К.З. этот ток возрастает пропорционально току К.З., а также вследствие возрастания погрешностей К.З., имеющих неодинаковые характеристики, что может вызвать ложное действие диф.защиты трансформатора. Поэтому для снижения тока небаланса, вызванного неравенством вторичных токов ТТ диф.защиты производиться выравнивание этих токов путем включения специальных промежуточных автотрансформаторов тока (АТ) или путем использования выравнивающих или уравнительных обмоток диф.реле. Промежуточные АТ могут включаться как со стороны обмотки низшего напряжения, так и со стороны высшего напряжения. Рекомендуется включать их со стороны более мощных ТТ. Для рассмотренного выше случая промежуточного АТ, установленного со стороны 6,6кВ должен повышать ток с 4,08А до 4,62А, т.е. должен включаться как повышающий и иметь . При установки промежуточных АТ со стороны 35кВ он должен понижать с 4,62А до 4,08А, т.е. должен включаться, как понижающий и иметь

4. Неодинаковые схемы соединения обмоток силовых трансформатров. Рассмотренные выше соотношения токов в схеме диф.защиты справедливы только для трансформаторов, имеющих одинаковые схемы соединения обмоток Y-Y или Δ- Δ. При неодинаковых схемах соединения обмоток, например Y- Δ, эти соотношения несправедливы, т.к. токи со стороны обмотки Δ оказываются сдвинутыми относительно друг друга на некоторый угол, величины которого зависит от схемы соединения обмоток. Угловой сдвиг токов создает большой ток небаланса в реле диф.защиты.

Эти токи сдвинуты на угол 30^о. При угловом сдвиге 30^о и равенстве величин токов ток в реле определяется выражением:

Поэтому при выполнении диф.защиты трансформаторов производится компенсация углового сдвига вторичных токов путем специального соединения вторичных обмоток ТТ:

При таком соединении вторичных обмоток ТТ, в 1Т, вторичные обмотки которого соединены в Δ, создается сдвиг токов на такой же угол, как и в соединении в Δ обмоток НН трансформатора, что и обеспечивает совпадение фаз вторичных токов в плечах диф.защиты.

При определении n_АТ промежуточного АТ, в случае соединения одной из групп ТТ в Δ, необходимо учитывать увеличение в 1,73 раза тока, подводимого со стороны этих ТТ.

Дифференциальная защита трансформаторов с РНТ-565

Быстронасыщающийся трансформатор реле РНТ-565 является одновременно и промежуточным трансформатором для компенсации неравенства вторичных токов в плечах диф.защиты и имеет для этой цели специальные уравнительные обмотки. Ток во вторичной обмотке БНТ, к которой подключено реле, определяется суммарным магнитным потоком в сердечнике, который создается как рабочей, так и уравнительными обмотками. Чтобы при сквозном К.З. не сработала ложно диф.защита нужно правильно включить правильно рабочую и уравнительные обмотки в схему и так подобрать число витков обмотках, чтобы скомпенсировать неравенство токов в плечах. Токи в обмотках направлены встречно. Расчет производится в следующем порядке:

1. Определяется ток срабатывания защиты по условиям:

а)

Кн=1-1,3

б)

Кн=1,3;

Принимается большее значение тока срабатывания.

2. Определяются первичные токи во всех обмотках защищаемого трансформатора и вторичные токи в плечах диф.защиты.

3. Определяется вторичный ток срабатывания, отнесенный к стороне с большим вторичным током:

где n_Т1 – коэффициент трансформации ТТ с большим вторичным током.

4. Определяется расчетное число витков обмоток БНТ со стороны с большим вторичным током, которая называется основной:

В соответствии с имеющимися на обмотках отпайками для регулирования числа витков выбирается ближайшее меньшее число витков:

5. Определяется число витков со стороны с меньшим вторичным током, которая называется неосновной из условия, чтобы при прохождении через трансформатор сквозного тока, ток во вторичной обмотке был равен нулю. Это выполняется, когда суммарный магнитный поток в сердечнике БНТ равен нулю. Что имеет место при:

Принимается меньшее или большее значение числа витков, которое можно установить на этой обмотке.

6. После расчета числа витков обмоток БНТ и подбора отпаек вычисляется ток небаланса, вызванный неточной компенсацией вторичных токов в плечах диф. защиты. Определяют суммарный Iнб..

Вновь определяют Iс.з. по , если он получается больше определенного по 1-му условию, расчет производят снова (пересчитать число витков обмоток БНТ). Расчет повторяется до тех пор пока ток срабатывания защиты с учетом I_{3нб.расч}. станет равным или меньшим тока срабатывания, определенного предыдущим расчетом.

7. Определяется Кч. Коэффициент чувствительности можно определить по полному току К.З. отнесенному к основной стороне по формуле:

где Iср.1 – вторичный ток срабатывания, отнесенный к основной стороне

Защита трансформаторов. Дифференциальная отсечка

Дифференциальная отсечка – это диф.защита мгновенного действия, имеющая ток срабатывания больше броска намагничивающего тока. Ток срабатывания диф.отсечки определяется главным образом условием отстройки от броска тока намагничивания:

где Кн – коэффициент надежности равный 3-4.

Ток срабатывания диф.отсечки определяется также и по условию отсройки от тока небаланса, который вычисляется по формуле:

Из двух условий выбора тока срабатывания принимается больший.

Основным достоинством диф.отсечки является простота схемы и быстродействие. Недостатком является больший ток срабатывания, вследствие чего защита в ряде случаев оказывается недостаточно чувствительной:

Защита трансформаторов. Токовая отсечка

Как правило, на трансформаторах мощностью ниже 6300кВА, работающих единично, и трансформаторах мощностью ниже 4000кВА, работающих параллельно, вместо сложной диф.защиты устанавливается токовая отсечка (ТО). Действие ТО трансформатора основано на том принципе, что и ТО линий. При К.З. на вводах трансформатора со стороны питания ток К.З. значительно больше, чем при К.З. на стороне нагрузке, т.е. за трансформатором. Используя это обстоятельство, ток срабатывания выбирается таким образом, чтобы она не работала при К.З. за трансформатором:

где Iкз.max - максимальный ток К.З., протекающий через трансформатор при К.З. за ним;

Кн – коэффициент надежности, равный 1,3-1,4 для реле типов ЭТ-521, РТ-40, действующих через промежуточный реле; 1,5-1,6 – для реле типа РТ-80.

Чувствительность ТО характеризуется коэффициентом чувствительности:

где Iкз – ток К.З. при К.З. на вводах трансформатора со стороны питания.

ПРИМЕР РАСЧЕТА ТО для схемы

(5-2)

Для примера примем Iс. о = 2000 А, Iк.мин = 5000 А; nт = =200/5. В соответствии с формулой (5-4) (5-4) ток в реле при двухфазном к. з.

Ток срабатывания реле (уставка) для схемы на рис. 5-2, а согласно выражению (5-2)

для схемы на рис. 5-2,б

Коэффициент чувствительности, вычисленный по выражению (5-3), для схемы на рис. 5-2,a К_Ч — 108/50= 2,16; для схемы на рис. 5-2,б Кч = 108/86,5= 1,25, т. е. в V3 раз меньше, чем для схемы рис. 5-2, я; отсечка с такой низкой чувствительностью вообще не может быть применена.

В связи с тем что для схемы на рис. 5-2, а значения kсx при всех видах к. з. равны 1, коэффициент чувствительности можно вычислять по первичным токам:

Токовые защиты трансформаторов. Схема МТЗ трансформатора.

Для защиты трансформатора небольшой и средней мощности (менее 6,3МВ-А) при КЗ на выводах трансформатора и в его соединениях с выключателем. Предусматривается токовая защита от многофазных к.з. Она содержит обычно две ступени: первую - токовую отсечку без выдержки времени, третью - максимальную токовую защиту.

Защита устанавливается со стороны источника питания непосредственно у выключателя. В зону действия защиты входят трансформатор и его соединения с выключателями. Она может быть выполнена посредством вторичных реле прямого и косвенного действия на переменном и постоянном оперативном токе.

Селективность отсечки обеспечивается выбором ее тока срабатывания по выражению срабатывания по выражению

Газовая защита

Газовая защита (ГЗ) устанавливается на трансформаторах (автотрансформаторах) и реакторах с масляным охлаждением, имеющих расширители. Применение ГЗ является обязательным на трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 6300кВА и более, а также на трансформаторах мощностью 1000-4000кВА, не имеющих диф.защиты или ТО, и если МТЗ имеет выдержку времени 1сек. и более. На трансформаторах мощностью 1000-4000кВА применение ГЗ при наличии другой быстродействующей защиты допускается, но не является обязательным. Применение ГЗ является обязательным также для внутрицеховых трансформаторов мощностью 630кВА и выше, независимо от наличия других быстродействующих защит.

Действие ГЗ основано на том, что всякие, даже незначительные повреждения, а также повышение нагрева 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 – ГЗ действовала на отключение. Бурным газообразованием обычно сопровождается К.З. внутри бака трансформатора. Кроме тог ГЗ действует на сигнал на отключение или только на сигнал при опасном понижении уровня масла в баке трансформатора или автотрансформатора. ГЗ является универсальной и наиболее чувствительной защитой трансформаторов и 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 повреждении.

ГЗ 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 и расширителем. Реле заполнено маслом. Кожух 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 контакты для подключения кабеля.

Поплавковые реле

У поплавковых реле внутри кожуха укреплены на шарнирах два поплавка, представляющие собой полые металлические цилиндры. На поплавках укреплены ртутные контакты, соединенные гибкими проводами с выводными зажимами на крышке реле. Ртутный контакт представляет собой стеклянную колбочку с впаянными в ее вертикальную часть двумя контактами. Колбочки содержат небольшое количество ртути, которая в определенном положении колбочки замыкает между собой контакты, чем создается цепь через реле.

При скорости движении потоков газа и масла порядка 0,5м/с нижний поплавок, находящийся на пути потока опрокидывается и происходит замыкание его ртутных контактов в цепи отключения. Благодаря тому, что при К.З. в трансформаторе сразу возникает бурное газообразование, ГЗ производит отключение с небольшим временем 0,1-0,3сек. Отключающий элемент работает также при большом понижении уровня масла в корпусе реле. ПГ-22 – поплавковое реле.

Лопастное реле

У лопастных реле сигнальный элемент выполнен также, как у поплавковых, а отключающий состоит из поплавка и поворотной лопасти, механически связанных с общим ртутным контактом, действующем на отключение.

Чашечные реле

У чашечных реле вместо поплавков используется открытые металлические чашки и вместо ртутных контактов обычно открытые контакты, работающие непосредственно в масле.

Нормально, когда корпус реле полностью заполнен маслом, при этом верхняя и нижняя чашки тоже заполнены маслом и удерживаются в исходном состоянии пружинами.

Защита трансформаторов от перегрузки

Перегрузка трансформаторов (автотрансформаторов) обычно бывает симметричной. Поэтому защита от перегрузки выполняется с помощью МТЗ, включенной на ток одной фазы. Защита действует с выдержкой времени на сигнал, а на необслуживаемых подстанциях – на разгрузку или отключение трансформатора. На двухобмоточных трансформаторах защита о перегрузки устанавливается со стороны основного питания. На трехобмоточных трансформаторах при двухстороннем питании – со стороны основного питания и со стороны обмоток, где питание отсутствует, а при трехстороннем питании – со всех трех сторон. На автотрансформаторах с трехсторонним питанием защита от перегрузки устанавливается со стороны основного питания КА1, со стороны высшего напряжения КА2 и со стороны выводов обмотки автотрансформатора к нулевой точке (нейтрали) КА3 для контроля за перегрузкой общей части обмотки. Кроме того, на повышающих автотрансформаторах с трехстороннем питанием устанавливается защита от перегрузки стороны среднего напряжения КА4 в режиме когда в обмотке НН нет тока. Необходимость этой защиты вызвано тем, что в таком режиме пропускная мощность автотрансформатора снижается. Защита КА4 вводится в действие контактом реле КА5, который замыкается при исчезновении тока в обмотке НН.

Ток срабатывания защиты от перегрузки определяется по формуле:

где Кн – коэффициент надежности равный 1,05.

Токовая защита от перегрузок. Перегрузка обычно является симметричной, поэтому защита от перегрузки выполняется одним реле тока KA1, включенным в цепь одного из трансформаторов тока защиты от внешних коротких замыканий. Ток срабатывания реле определяется по выражению

Iс.р= (kотс/kв) (Iт.ном/КI).

ТОКОВАЯ ЗАЩИТА НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ

Защита реагирует на составляющие НП полного естественного емкостного тока, проходящего по фазам защищаемого присоединения при замыканиях на землю. Схема РЗ дана на рис.9.7. Токовое реле КА служит измерительным органом РЗ оно действует на сигнал через реле времени КТ. Срабатывание РЗ фиксируется указательным реле КН.

Измерительный орган выполняется с помощью чувствительного токового реле мгновенного действия; используются электромагнитное реле РТ-40/0,2 и более чувствительное реле, выполненное на транзисторах типа РТЗ-50. Защита с РТЗ-50 может срабатывать при первичном токе порядка 1-2 А. Высокая чувствительность этого реле обеспечивается с помощью двухкаскадного усилителя постоянного тока, включенного через промежуточный трансформатор и выпрямительный мост. Питание полупроводниковой схемы осуществляется либо от делителя напряжения 110/220 В постоянного тока, либо выпрямленным напряжением переменного тока. Ток срабатывания реле плавно регулируется в пределах 10-60 мА. Мощность срабатывания реле около 12 мВ • А.

Взамен РТЗ-50 ЧЭАЗ освоил выпуск реле типа РТЗ-51, выполненного на ИМС. Устройство реле РТЗ-51 поясняет функциональная схема реле, изображенная на рис.9.8. В соответствии со структурной схемой полупроводниковых реле тока ее можно подразделить на три функциональные части: воспринимающую входной сигнал, преобразующую его и сравнивающую преобразованный сигнал с заданной уставкой. Воспринимающая часть (как обычно, в полупроводниковых реле) выполняется в виде промежуточного трансформатора тока ТА, замкнутого на резистор R2,параллельно которому с помощью переключателей SB1-SB5 можно подключить резисторы R3-R7, предназначенные для дискретного регулирования уставки тока срабатывания реле. Диоды VD1,VD2 ограничивают уровень входного сигнала. При замыкании на землю входной сигнал в виде тока 3I0 поступает в первичную обмотку трансформатора ТА и преобразуется в напряжение на зажимах резистора R2 (uR2 = ioTAR2). Это напряжение поступает в преобразующую часть, состоящую из частотного фильтра Ф и усилителя А1. Фильтр пропускает ток 50 Гц и запирает выход в схему сравнения токов высших гармоник, если они имеются в токе замыкания на землю (3I0). Усилитель А1 служит для повышения чувствительности реле к малым значениям тока Iз(1), на которые должно реагировать реле. В качестве усилителя А1 используется операционный усилитель (ОУ). Сигнал с выхода А1 поступает на схему сравнения, построенную аналогично типовому реле тока на ИМС (завода ЧЭАЗ), рассмотренному в гл. 2 и 4.

Схема сравнения состоит из порогового элемента, выполненного на операционном усилителе А2,времяизмерительной цепи (образованной из резисторов R15,R16,диода VD5 и конденсатора С8)и триггера Шмитта, построенного на операционном усилителе A3 сположительной обратной связью. Выходной сигнал A3 воздействует на исполнительный орган, функции которого выполняет промежуточное реле KL,включенное в коллекторную цепь усилительного каскада на транзисторе VT1, Реле KLсрабатывает при появлении положительного сигнала на выходе A3.

Реле РТЗ-51 имеет шесть диапазонов срабатывания по току – от 0,02 до 0,12 А. Коэффициент возврата kв ≈ 0,93. Потребляемая мощность питания на постоянном токе – не более 10 Вт, на переменном токе – не более 5 В•А. Таким образом, это реле имеет высокую чувствительность и широко используется в сетях, питающих торфоразработки и аналогичные установки.

Селективность действия РЗ основана на различии абсолютных значений токов 3I0 в защищаемой ЛЭП при замыкании на ней и замыкании на землю внешнем (на других присоединениях). Условия работы РЗ поясняет распределение токов I0 на рис.9.9.

Ток срабатывания РЗ каждой ЛЭП по условию селективности необходимо отстраивать от емкостного тока 3I ол, проходящего по защищаемой ЛЭП при замыкании на землю на других присоединениях, и от тока небаланса,появляющегося в ТНП при внешних междуфазных КЗ.

Если емкость фазы защищаемой ЛЭП (например, W2 на рис.9.4) равна CW2, то тогда при внешнем замыкании на землю установившийся ток в этой ЛЭП 3IoCW2 = 3UфωCW2. В переходном режиме, возникающем в начальный момент повреждения и при замыкании через перемежающуюся электрическую дугу, возникают значительные броски емкостного тока во всех элементах сети, в 4-5 раз превышающие его установившееся значение. С учетом этого первичный ток срабатывания по первому условию

где С оз.л – емкость защищаемой ЛЭП; kб — коэффициент, учитывающий бросок емкостного тока IoC(в РЗ, работающей без выдержки времени, kб = 4 ÷ 5, при наличии выдержки kб = 1 ÷ 2 в зависимости от значений t3); K_Н= 1,1 ÷ 1,2.

По второму условию

Приближенно

здесь Iнб наг – ток небаланса при токе нагрузки Iнаг, измеряется при наладке РЗ.

Коэффициент чувствительности, равный отношению тока в поврежденной ЛЭП к Iс.з, должен быть не менее:К_Ч≥ 1,25-1,5. Вследствие сложности оценки вторичного тока ТНП по первичному, реле регулируется на заданный ток Iс.з подачей тока в первичную цепь ТНП. Как уже отмечалось, токовая РЗ может применяться в некомпенсированных сетях при условии, что от шин подстанции отходит достаточное количество ЛЭП, при котором Со∑ >> Сол.

Токовая РЗ НП, выполненная по схеме на рис.9.7, применяется не только на кабельных, но и на воздушных ЛЗП 6-10 кВ. Рассмотренная защита используется в основном в сетях с изолированной нейтралью, где она реагирует на естественный емкостный ток. В компенсированных сетях для действия токовой защиты может использоваться остаточный ток перекомпенсации или активная составляющая тока ДГР, или активный ток при заземлении сети через резистор R.