3. Дифференциальная токовая защита трансформаторов. Принцип действия. Защищаемая зона.

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 ТАI, ТАII, установленные с обеих сторон защищаемого трансформатора вблизи выключателей Q1 и Q2.

Вторичные обмотки трансформато­ров тока и реле КА соединяются в схему продольной дифферен­циальной защиты с циркулирующими токами. При этом в реле КА при отсутствии повреждения в защищаемой зоне проходит ток небаланса.

Ток небаланса имеет большое значение в двух случаях.

1. При переходном процессе. В момент включения транс­форматора и при восстановлении напряжения пос­ле отключения внешних КЗ.

Ток небаланса при этом определяется током намагничивания силового трансформатора

Коэффициент трансфор­мации силовых трансфор­маторов

n_т =U_1I/U_1II≠1,

поэто­му в защите должны сравнивать­ся токи I_1I и I_1II/n_т. В нормальном режиме ток намагничивания в зоне защиты

I_нам = I_1I — I_1II/n_т

Этот ток вызывает неравенство сравниваемых токов. В реле появляется дополни­тельная составляющая тока небаланса I_нб.нам. При нор­мальной работе и внешних КЗ она незначительна и поэтому может не учитываться.

В момент включения транс­форматора под напряжение и при восстановлении напряжения пос­ле отключения внешних КЗ возникает бросок тока намагничивания I_бр.нам, максимальные мгно­венные значения которого достигают 6—8-кратных значений амп­литуды номинального тока.

Ток намагничивания, проходя через реле, может вызвать неправильное срабатывание защиты. Время полного затухания переходного тока намагничивания может достигать нескольких секунд. Однако уже по истечении времени t=0,3... 0,5с его максимальные мгно­венные значения становятся меньше амплитуды номинального то­к небаланса трансформатора. Отстройка дифференциальной защиты от бросков тока намагничивания является первым условием при вы­боре тока срабатывания. В этом случае другими слагающими то­ка небаланса, малыми по сравнению с Iбр.нам, можно пренебречь, поэтому расчетный первичный ток небаланса Iнб.рсч mахIбр.нам.

Отстройка защиты от броска тока намагничивания достигается в основном тремя путями:

-загрублением защиты по току сраба­тывания;

-включением реле через промежуточные насыщающиеся трансформаторы тока (НТТ);

-выявлением различия между фор­мой кривой тока к. з. и формой кривой тока намагничивания (ре­ле в комплекте устройства ЯРЭ-2201).

При этом ток срабатыва­ния выбирают исходя из значения номинального тока трансфор­матора по условию

I_c.з.>=k_отс.*I_т.ном. (1)

В зависимости от используемых реле и способа отстройки коэф­фициент k_отс принимается равным 0,3 ... 4,5.

2. При внешнем коротком замыкании.

Ток небаланса при внешних КЗ имеет повышенное значение по трем причинам.

2.1. Коэффициенты трансформации трансформаторов тока рассчитывается по номинальным токам защищаемого трансформатора.

Коэффициент трансформации трансформатора тока

K_I=k⁽³⁾сх*I_т.ном/5.

Расчетные коэффициенты трансформации отли­чаются от реальных, которые принимаются по шкале номинальных токов как ближайшие большие. Поэтому токи в цепях циркуляции могут быть различными и обус­ловливают дополнительную составляющую тока небаланса

где = [I_2I-I_2II/ I_2I]*100 — погрешность от неточности вырав­нивания токов.

При f_вр >5% токи выравниваются автотрансформаторами или уравнительными обмотками реле с НТТ.

2.2. Автоматическое регулирование коэффициента трансформации под нагрузкой защищаемого транс­форматора нарушает соотношение между первичны­ми токами I_1I и I_1II. В реле появляется дополни­тельная составляющая тока небаланса I_нб.рег:

,

2.3. Разнотипность трансформаторов тока. В одинаковых трансформаторах тока разные характеристики намагничи­вания. Это увеличивает то­к небаланса I_нб.пгр. Эта составляющая определяется через полную погрешность транс­форматоров тока  (%):

,

- коэффициентом однотипности. Учитывает разные характеристики трансформаторов тока. k_одн.=1.

- коэффициент апериодичности. Учитывает влияние апериодической составляющей тока КЗ на ток небаланса.

При внешнем коротком замыкании максимальный расчетной ток небаланса

I_{нб.рсч mах}=I _нб.вр.+ I _нб.рег. + I _нб.пгр.

I_c.з.>=k_отс.*K_I* I_{нб.рсч mах} (2)

Ток срабатывания принимают наибольшим из двух значении, по­лученных по условиям (1) и (2). Если определяющим ока­зывается условие (2), а коэффициент чувствительности полу­чается недостаточным, то используют специальные реле с тормо­жением, например типа ДЗТ. Согласно требовани­ям, коэффициент чувствительности, определяемый при двухфазном коротком замыкании на выводах низшего напряжения трансфор­матора, должен быть kч>=2,0. Допускается снижение коэффициен­та чувствительности дo значения kч>= 1,5.

Виды дифференциальных защит трансформаторов:

1. Дифференциальная токовая отсечка.

2. Дифференциаль­ная токовая защита с промежуточными насыщающимися тр-рами тока.

3. Дифференциальная токовая защита с реле, имеющими торможение.