2.Какие защиты устанавливаются на силовых трансформаторах, и от каких поврежде­ний?

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

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. Защита от замыканий на корпус.

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

5. Максимальная токовая защита или максимальная токовая защита 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. Эта защита дей­ствует, как правило, с выдержкой времени.

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.

2.Виды оперативного тока используемые для защит силового трансформатора (ав­тотрансформатора). Достоинства и недостатки. Блоки питания и заряда.

Защиты трансформаторов мощностью 6,3 и 10 МВА выполнены на переменном оперативном токе, а 16 и 25 МВА на выпрямленном оперативном токе.

Оперативным током называется ток питающий цепи дистанцион­ного управления выключателями, оперативные цепи релейной за­щиты, автоматики, телемеханики и различные виды сигнализации.

Питание оперативных цепей и особенно тех ее элементов от которых зависит отключение поврежденных линий и оборудования должно отличаться особой надежностью. Поэтому главное требова­ние, которому должен отвечать источник оперативного тока, со­стоит в том, чтобы во время к. з. и при ненормальных режимах в сети напряжение источника оперативного тока и его мощность имели достаточную величину как для действия вспомогательных реле защиты и автоматики, так для надежного отключения и включе­ния соответствующих выключателей.

Для питания оперативных цепей применяются источники постоянного и переменного тока.

Постоянный оперативный ток

В качестве источника постоянного тока используются аккуму­ляторные батареи с напряжением 110-220 В, а на небольших под­станциях 24-48 В, от которых осуществляется централизованное питание оперативных цепей всех присоединений. Для повышений надежности сеть постоянного тока секционируется на несколько участков, имеющих самостоятельное питание от сборных шин батареи.

Аккумуляторные батареи обеспечивают питание оперативных цепей в любой момент времени с необходимым уровнем напряжения

и мощности независимо от состояния основной сети и поэтому яв­ляются самым надежным источником питания.

В то же время аккумуляторные батареи значительно дороже других источников оперативного тока, для них требуются заряд­ные агрегаты, специальное помещение и квалифицированный уход.

Кроме того, из-за централизации питания создается сложная, протяженная и дорогостоящая сеть постоянного тока.

В связи с этим за последнее время получает широкое примене­ние и переменный оперативный ток.

Переменный оперативный ток

Для питания оперативных цепей переменным током используется ток или напряжение сети. В соответствии с этим в качестве источ­ников переменного оперативного тока служат трансформа­торы тока, трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд.

Трансформаторы тока являются весьма надежным источником питания оперативных цепей для защит от к.з. При к.з. ток и напряжение на зажимах трансформаторов тока увели­чиваются, поэтому в момент срабатывания защиты мощность транс­форматоров тока возрастает, что и обеспечивает надежное питание оперативных цепей.

Однако трансформаторы тока не обеспечивают необходимой мощности при повреждениях и ненормальных режимах, не сопро­вождающихся увеличением тока на защищаемом присоединении. Поэтому их нельзя использовать для питания защит от замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью, защит от витковых замыканий в трансформаторах и генераторах или защит от таких ненормальных режимов, как повышение или понижение напряжения и понижение частоты.

Трансформаторы напряжения и трансформаторы собственных нужд непригодны для питания оперативных цепей защит от к.з., так как при к. з. напряжение в сети резко снижается и может в неблагоприятных случаях стать равным нулю. В то же время при повреждениях и ненормальных режимах, не сопровождающихся глубокими понижениями напря­жения в сети, трансформаторы напряжения и трансформаторы соб­ственных нужд могут использоваться для питания таких защит, как, например, защиты от перегрузки, от замыканий на землю, повышения напряжения и т. д.

Заряженный конденсатор. Помимо непосредст­венного использования мощности трансформаторов тока и напря­жения можно использовать энергию, накопленную в предва­рительно заряженном конденсаторе.

Разрядный ток конденсатора, имеющий необходимые величину и продолжительность, может питать оперативную цепь в момент действия защиты независимо от характера повреждения или ненор-

мального режима в сети. Предварительный заряд конденсатора обычно осуществляется в нормальном режиме от напряжения сети. При исчезновении напряжения на подстанции запасенная конден­сатором энергия сохраняется. Поэтому заряженный конденсатор может использоваться также для питания защит и автоматов, которые должны работать при исчезновении напряжения на подстанции.

Питание цепей управления выключателей. Дистанционное управление выключателями и их автоматическое включение от АПВ или АВР должно производиться при любых нагрузках на присоединении и при отсутствии напряжения на ши­нах подстанции, чего не обеспечивают трансформаторы тока. По­этому питание цепей дистанционного управления, АПВ и АВР производится от трансформаторов напряжения, трансформаторов собственных нужд и заряженных конденсаторов. Таким образом, каждый источник переменного оперативного тока имеет свою, рассмотренную выше, область применения. При этом возможность использования того или иного источника опре­деляется мощностью, которую он может дать в момент производства операций.

Мощность источника питания должна не­которым запасом превосходить мощность, потребляемую оператив­ными цепями, основной составляющей которой является мощность, затрачиваемая приводом на отключение и включение выключателей.

Наибольшие затруднения из-за недостаточной мощности воз­никают при применении трансформаторов тока и трансформаторов напряжения. Учитывая, что включение и отключение выключате­лей является кратковременной операцией, можно допускать зна­чительные перегрузки Какие реле используются для защиты силового трансформатора. Их устройство и назначение.

Дифференциальная защита с токовыми реле, включенными через быстронасыщающиеся трансформаторы

Схема и принцип действия. Применение быстронасыщающихся трансформаторов (БНТ) позволяет выполнить простую и быстро­действующую дифференциальную защиту, надежно отстроенную от токов небаланса и бросков намагничивания. На рис. 16-30, а пред­ставлена схема дифференциальной защиты с реле типа РНТ-565. Переходные токи небаланса и броски намагничи­вающих токов силовых трансформаторов расположены асим­метрично относительно оси времени и содержат вследствие этого значительную апериодическую составляющую, которая не трансформируется на вторичную сторону БНТ, а почти полностью идет на намагничивание его сердечника. В реле защиты попадает лишь переменная составляющая тока небаланса и броска намагничивающего тока силового трансформатора. Ток срабатывания защиты должен отстраиваться от перемен­ной составляющей переходных токов намагничивания и небаланса. В результате этого чувствительность защиты с насыщающимися трансформаторами оказывается выше, чем токовой отсечки. Опыт эксплуатации показывает, что ток срабатывания можно выбирать в пределах (1-2) Iном.т. При этом предполагается, что трансфор­маторы тока подобраны по 10%-ным кривым. Выше отмечалось, что реле РНТ-565 совмещает в себе устрой­ство для выравнивания вторичных токов защиты и БНТ, пи­тающий реле.

Обмотки w_Д и w₂ образуют насыщающийся трансформатор; первая из них включается по дифференциальной схеме (на разность токов), а вторая - питает реле Т (типа РТ-40). Уравнитель­ные обмотки включаются в плечи защит и служат для уравнивания вторичных токов. В защитах двухобмоточных трансформаторов используется одна обмотка.

Число витков уравнивающей обмотки регулируется с помощью отпаек и подбирается так, чтобы при внешнем к. з. ток в реле, а следовательно, и в обмотке w₂ отсутствовал, т. е. /_р = /₂ = 0. Для обеспечения этого условия намагничивающие силы уравни­тельной и дифференциальной обмоток должны уравновешиваться. Ток срабатывания защиты регулируется изменением числа витков обмотки w_Д. На магнитопроводе реле РНТ имеется коротко-замкнутая обмотка w_K. Она повышает отстройку реле от токов небаланса и бросков намагничивающих токов силового трансфор­матора особенно, когда эти токи не полностью сдвинуты отно­сительно нулевой линии.

Подобные токи имеют значительную периодическую составляю­щую и относительно небольшую апериодическую, что понижает эффективность действия БНТ. Короткозамкнутая обмотка w_R огра­ничивает периодический ток, возникающей во вторичной обмотке РНТ, но не изменяет подмагничивающее действие апериодической составляющей.

Короткозамкнутая обмотка уменьшает трансформацию периодической составляюobй тока в реле и не влияет на величину и действие апериодической составляющей.

Реле с магнитным торможением. Реле состоит из трехстержневого насыщающегося трансформатора , питающего обмотку электромагнитного реле . Насыщающийся трансформатор имеет, как и обычный БНТ, первичную рабочую обмотку w_Р и вторичную обмотку w₂, в цепь которой включено дифференциальное реле. Для осуществления торможения на магнитопровод насыщаю­щегося трансформатора насажена третья - тормозная обмотка w_T. Рабочая обмотка включается дифференциально, а тормозная - в рассечку плеча токовой цепи защиты, т. е. так же, как соответ­ствующие обмотки обычного тормозного реле.

Тормозная и вторичная обмотки реле состоят из двух секций: А и В, расположенных на крайних стержнях магнитопровода. Рабочая обмотка помещена на среднем стержне.

Параметры трансформатора подбираются с таким расчетом, чтобы обеспечить коэффициент торможения k_T = 30-1-60%; его величина остается постоянной в пределах 10—50 а, увеличиваясь при больших значениях тормозного тока. При отсутствии тока в тормозной обмотке рассматриваемое реле работает как обычное реле с БНТ.

При внешнем к. з. ток, проходящий по тормозной обмотке, насыщает крайние стержни магнитопровода, в результате чего ток срабатывания реле возрастает, одновременно с этим ухудшается трансформация тока небаланса, появляющегося в рабочей обмотке трансформатора токов небаланса.

Отечественная промышленность выпускает реле типа ДЗТ, основанные на рассмотренном принципе. Эти реле содержат в себе трансформатор для выравнивания токов в плечах защиты. Имеются реле с одной тормозной обмоткой ДЗТ-11, предназначенные для двухобмоточных трансформаторов, с тремя (ДЗТ-13) и четырьмя (ДЗТ-14) тормозными обмотками, применяемые на многообмоточных трансформаторах.

Конструкции газовых реле имеют три разновидности, различаю­щиеся принципом исполнения реагирующих элементов. Первона­чально применялись реле с ревизующим элементом в виде поплавка, затем появились реле у которых реагирующим элементом служит лопасть, в последнее время применяются реле с реагирую­щим элементам имеющим вид чашки.

Устройство поплавкового газового реле. Реле состоит из чугунного кожуха имеющего вид тройного па­трубка с фланцами для соединения с грубой к расширителю. Внутри кожуха реле расположены два подвижных поплавка, выполненные в виде тонкостенных полых цилиндров, герметически запаянных и плавающих в масле. Каждый плавок свободно вращается на оси, закрепленной, на стойке. На торце поплав­ков располагаются ртутные контакты , представляющие собой стеклянные кол­бочки с впаянными в нее контактами и ртутью внутри.

При определенном положении по­плавков ртуть замыкает контакты. Выводы от контактов на наружную сто­рону кожуха выполнены с помощью гиб­ких изолированных проводников, ко­торые не должны ограничивать свобод­ного вращения поплавков. Контакты верхнего поплавка действуют на сигнал а нижнего - на отключение транс-

форматора. Верхний поплавок находится в верхней части кожуха реле, нижний :раcполагается на уровне соединительной трубы к расширителю так, чтобы поток масла мог воздействовать на него. Принцип действия реле. Кожух реле находится ниже уровня масла в расширителе, поэтому он всегда заполнен маслом. Поплавки, стремясь всплыть, занимают самое верхнее положение, возможное по условиям их крепления на оси. При этом положении поплавков контакты реле разомкнуты.

При небольших повреждениях «образование газа происходит медленно, и он небольшими пузырьками поднимается к расшири­телю трансформатора. Проходя через реле, пузырьки газа запол­няют верхнюю часть его кожуха, вытесняя оттуда масло. По мере понижения уровня масла верхний контакт опускается и через некоторое время, зависящее от интенсивности газообразования, попла­вок достигает такого положения, при котором его контакт замы­кается.

Если повреждение трансформатора значительное, то под влия­нием давления, создаваемого бурно образующимися газами, масло приходит в движение, сообщая толчок нижнему поплавку. Под его воздействием поплавок мгновенно замыкает свои контакты, посы­лая импульс на отключение. Движение масла может носить толчко­образный характер, поэтому контакты нижнего поплавка замы­каются кратковременно. промежуточного реле П₁, последнее срабатывает и удерживается сериесными катуш­ками 2 и 3 до отключения выключателей.

Из рассмотренного принципа действия газового реле следует, что оно способно различать сте­пень повреждения в трансфор­маторе. При малых поврежде­ниях оно дает сигнал, при больших - производит отключе­ние. Сигнализация о небольших повреждениях вместо отключе­ния позволяет перевести нагруз­ку на другой источник питания и отключить после этого транс­форматор без ущерба для по­требителей.

Газовая защита реагирует также на понижение уровня

масла в трансформаторе. В этом случае первым сработает сигналь­ный контакт, а затем при продолжающемся снижении уровня масла срабатывает отключающий контакт, выключая, трансформатор. Дей­ствие последнего полезно, в случае быстрой утечки масла, угро­жающей понижением уровня масла ниже обмотки трансформатора до того как дежурный успеет принять меры к разгрузке и отклю­чению трансформатора, а также на автоматизированных подстанциях, не имеющих дежурных.

Отечественная промышленность ранее выпускала реле ПГ-22, РГЗ-22 и ПГЗ-6Г. Реле ПГЗ-6Г отличается конструкцией ртутных контактов меньшей степени реагирующей на: вибрацию трансформатора; и толчки масла при внешних к.з.