Рис. 5.4. Прохождение токов и векторные диаграммы токов в ДЗТ с соединением обмоток по схеме звезда-треугольник, поясняющие принцип компенсации углового сдвига
Соединение трансформаторов тока в треугольник на стороне трансформатора, где первичные обмотки соединены в звезду, имеет и преимущество. Если нейтраль трансформатора заземлена, то при замыкании на землю протекает ток от заземленной нейтрали к месту КЗ. При установке трансформаторов тока только на выводах и схеме соединения трансформаторов тока – звезда протекает несбалансированный ток нулевой последовательности, который при схеме соединения ТТ – треугольник замыкается внутри треугольника и в реле не попадает.
Таким образом, состояние нейтрали соединенной в звезду обмотки трансформатора не влияет на работу дифзащиты. Цифровые защиты исключают влияние тока нулевой последовательности математическим путем, поэтому, трансформаторы тока можно соединить в звезду.
Выбор уставок дифференциальной защиты
Выбор уставок дифференциальной защиты производится по 2 условиям: отстройка от тока намагничивания и тока небаланса.
12
Ток намагничивания трансформатора достигает 5-6 величины номинального тока трансформатора. В схеме дифференциальной защиты он не компенсируется, и дифзащита должна отстраиваться от него для исключения ложной работы при включении трансформатора. Отстройка производится по ранее приведенной формуле (4.3):
Iсз = kнIном.
Коэффициент надёжности kн определяется в основном типом примененного реле и наличием в нем специальных мер отстройки от броска тока намагничивания.
Ток небаланса в схеме дифференциальной защиты. Токи небаланса в схеме дифференциальной защиты трансформаторов и автотрансформаторов имеют место из-за погрешностей ТТ, из-за изменения коэффициента трансформации защищаемого трансформатора (при регулировании напряжения), из-за неточного выравнивания вторичных токов.
Для отстройки дифференциальной защиты от тока небаланса при сквозном КЗ, её ток срабатывания должен удовлетворять условию:
Iсз = kнIнб. рас. |
(4.5) |
где kн – коэффициент надёжности отстройки, принимаемый равным kн =1,2 ÷1,3 .
Первая составляющая тока небаланса.
Расчётный ток небаланса, определяемый погрешностями ТТ, вычисляется по формуле:
I1 нб. рас = kа kодн f Iкз max , |
(4.6) |
где kа – коэффициент, учитывающий влияние на быстродействующие защиты переходных процессов при КЗ, которые сопровождаются прохождением апериодических составляющих в токе КЗ; принимается kа =1 для реле, имеющих БНТ с короткозамкнутыми обмотками или других средств отстройки от переходных процессов при КЗ, и kа = 2 для реле без таких средств. Для микропроцессорных защит также можно принять kа =1;
13
kодн – коэффициент однотипности условий работы ТТ, принимаемый равным
0,5 в тех случаях, когда ТТ обтекаются близкими по величине значений токами, и равным 1 в остальных случаях, для трансформаторов kодн принимается равным 1;
f = 0,1 – погрешность ТТ, удовлетворяющих 10%-ной кратности; Iкз max – наибольший ток при сквозном КЗ.
Вторая составляющая тока небаланса определяется изменением коэффициента трансформации защищаемого трансформатора при регулировании напряжения, вычисляется по формулам:
а) при регулировании на одной стороне трансформатора
I2 нб. рас |
= ∆N Iкз max ; |
(4.7) |
б) при регулировании c двух сторон трансформатора |
|
|
I2 нб. рас |
= ∆NВН Iкз max +∆NНН Iкз max , |
(4.8) |
где ∆N – половина регулировочного диапазона, для которого |
производится |
|
выравнивание вторичных токов (например, при половине регулировочного диапазона N = ±10% , ∆N = 0,1).
Третья составляющая расчётного тока небаланса определяется неточностью выравнивания вторичных токов вычисляется по формуле:
I3 нб. рас |
= |
wI рас −wI |
II КЗmax |
+ |
wII рас −wII |
III КЗmax , |
(4.9) |
w |
|
||||||
|
|
|
|
w |
|
||
|
|
I рас |
|
|
II рас |
|
|
где wI рас , wII рас |
– расчётные числа витков выравнивающих |
обмоток |
|||||
трансформаторов реле для неосновных сторон (сторон с меньшим вторичным током); wI , wII – принятые числа витков обмоток; II КЗ max , III КЗ max – наибольшие токи КЗ соответствующих сторон.
Для двухобмоточного трансформатора формула упрощается:
I3 нб. рас |
= |
wII рас −wII |
III КЗmax |
(4.10) |
w |
||||
|
|
II рас |
|
|
для стороны трансформатора принятой за основную.
Суммарный расчетный ток небаланса состоит из этих трех составляющих
Iнб. рас = I1 нб. рас + I2 нб. рас + I3 нб. рас. |
(4.11) |
14
Обычно при расчёте дифференциальной защиты трансформаторов вначале определяется ток небаланса как сумма первых двух составляющих:
Iнб. рас = I1 нб. рас + I2 нб. рас. |
(4.12) |
Затем после выбора тока срабатывания и определения расчётных чисел витков определяется дополнительно суммарный ток небаланса по формуле (5.10) и производится уточнение ранее выбранного тока срабатывания по формуле 5.10.
Ток срабатывания защиты по условию отстройки от тока небаланса:
Iсз = kнIнб. рас, |
(4.13) |
где kн – коэффициент надёжности, который можно принять равным kн =1,2 ÷1,3 .
Очень часто по соображениям сохранения устойчивости, снижения возможных последствий КЗ требуется отключать оборудование без выдержки времени при КЗ в любой точке данного электрооборудования.
МТЗ и токовые отсечки отключение КЗ без выдержки времени не выполняют, что связано с их принципами действия и особенностями. Одним из видов защит, позволяющих выполнять отключение без выдержки времени при КЗ в любой точке защищаемого элемента являются дифференциальные защиты. Принцип действия продольных дифференциальных защит основан на сравнении величин и фаз токов в начале и конце защищаемого элемента.
Дифференциальные защиты делятся на продольные и поперечные. В продольных дифзащитах токи сравниваются по концам защищаемого элемента (линии, трансформатора и др.), а в поперечных дифзащитах токи сравниваются в параллельных ветвях защищаемого элемента (параллельных линиях, параллельных ветвях обмотки статора генератора).
Продольная дифференциальная защита
Сравнение величин и направлений токов производится в реле, которое подключается к вторичным обмоткам одинаковых трансформаторов тока (ТА), установленных с обеих сторон защищаемого элемента и соединенных между собой проводами (рис. 15). Соединение выполняется таким образом, чтобы при КЗ К1 в реле протекала разность токов I1 и I2 , Iр = I1 −I2 , а при КЗ К2 Iр = I1 + I2 .
15