6.2 Токовая отсечка

Применяется на трансформаторах мощностью до 4 МВА. По аналогии с первой ступенью токовой защиты ЛЭП отстраивается от максимального тока КЗ (рис. 6.1) в конце защищаемого участка – за трансформатором в точке К3.

Рисунок 6.1. Схема защищаемого трансформатора

 

Ток срабатывания защиты определяется

I_С,З ≥ k_ОТС·I_К3,МАХ,                                            (Л6-1)

где k_ОТС – коэффициент отстройки, k_ОТС = 1,2 – 1,3; I_К3,МАХ – максимальный ток КЗ в точке К3;

Время срабатывания защиты принимается

t^I,А_С,З = 0_.;                                                           (Л6-2)

Коэффициент чувствительности токовой отсечки рассчитывается по выражению

,                                                 (Л6-3)

где I_К1,МIN – минимальный ток КЗ в точке К1.

6.3 Продольная дифференциальная защита

применяется на трансформаторах с мощностью более 6,3 МВА.

Принцип действия [?] основан на вычислении разности токов I_1,TA1 и I_1,TA2, протекаемых через трансформаторы тока TA1 и TA2 (рис. 6.2) соответственно.

Рисунок 6.2. Работа дифференциальной защиты трансформатора при внешнем КЗ в точке К1

 

При внешнем КЗ в точке К1 токи протекают к месту повреждения, а вторичные токи трансформаторов тока в реле вычитаются, и результирующий ток равен:

I_КА1 = I_2,,_TA1 ‑ I_2,TA2 = I_НБ < I_C,Р .                                 (Л6-4)

Реле в этом случае не срабатывает.

При КЗ в зоне действия защиты, в точке К2 (рис. 6.3), возможны два варианта: 1) когда со стороны НН имеется источник питания или КЗ подпитывается электродвигателями, соизмеримой мощностью; 2) когда со стороны НН отсутствует какой-либо источник питания, который может подпитывать КЗ.

В первом случае через реле протекает суммарный ток КЗ двух трансформаторов тока и равен:

I_КА1 = I_2,TA1 + I_2,TA2 = I_К2 /k_TA1 + I_К2 /k_TA2> I_C,Р .                                 (Л6-5)

Во втором случае через реле протекает ток КЗ одного трансформатора тока и равен:

I_КА1 = I_2,TA1 = I_К2 /k_TA1 > I_C,Р .                                 (Л6-6)

Рисунок 6.3. Работа дифференциальной защиты трансформатора при КЗ в зоне действия защиты в точке К2

 

    В обоих случаях ток, протекаемый в реле, больше тока его срабатывания.

Ток срабатывания защиты. Защита отстраивается от тока I_НБ, небаланса, который возникает при максимальном внешнем I_К1,МАХ токе КЗ в точке К1 (рис. 6.2):

I_С,З ≥ k_ОТС I_НБ,,                                               (Л6-7)

где I_НБ,  – суммарный ток небаланса, I_НБ, = I_НБ1 + I_НБ2 + I_НБ3. Каждая из составляющих тока небаланса находится:

I_НБ1 = k_Ak_ОДН I_К1,МАХ,                              (Л6-8)

I_НБ2 = U_РЕГI_К1,МАХ,                                       (Л6-9)

I_НБ3 = fI_К1,МАХ,                                           (Л6-10)

где k_A – коэффициент, учитывающий влияние апериодической составляющей тока КЗ на быстодействующие защиты (без выдержки времени), для защит с быстронасыщающимися трансформаторами k_A = 1; k_ОДН – коэффициент учитывающий однотипность трансформаторов тока, для разных ТТ k_ОДН = 1;  – погрешность ТТ, удовлетворяющая  = 0,1; U_РЕГ – половина регулировочного диапазона РПН трансформатора (каталожные данные); f – относительная погрешность защиты, вызванная разницей между расчетным (обычно нецелым) числом витков реле и установленным (целым) числом витков.

Вторым условием является отстройка от броска тока намагничивания:

I_С,З ≥ k_ОТСI_Н,ТР,                                               (Л6-11)

где I_Н,ТР – номинальный ток трансформатора.

Из расчетных двух условий (Л 6-7) и (Л 6-11) выбирается наибольший ток срабатывания продольной дифференциальной защиты.

Время срабатывания защиты принимается

t^I,А_С,З = 0;                                                           (Л6-12)

Коэффициент чувствительности дифференциальной защиты определяется и сравнивается с величиной, требуемой [ПУЭ]:

,                                                (Л6-13)

где I_К2,МIN – минимальный ток КЗ в точке К2 (рис. 6.3).

Особенности работы продольной дифференциальной защиты трансформатора. Иногда возникающий бросок тока намагничивания силового защищаемого трансформатора составляет (5–8) I_Н,ТР, а величина тока КЗ (за трансформатором) – (7–18) I_Н,ТР. Как видно эти диапазоны перекрываются. Однако, при броске тока намагничивания защита должна блокироваться, а при КЗ должна отключать трансформатор. Чтобы отличить бросок тока намагничивания от КЗ, рассмотрим его характер и причину возникновения. При включении трансформатора на холостой ход или при восстановлении питания после отключения КЗ на смежном присоединении величина остаточной намагниченности может быть в противофазе поданному напряжению. В наихудшем (идеальном) случае магнитная индукция в трансформаторе может достигнуть 2В_НОМ.

Естественно, что при такой индукции, трансформатор войдет в глубокое насыщение и будет размагничиваться от нескольких периодов до нескольких десятков периодов промышленной частоты. При этом в трансформаторе будет протекать ток с большой апериодической составляющей с явно выраженными характерными «острыми» максимумами (рис. 6.4).

 

Рисунок 6.4. Форма броска тока намагничивания

 

Бросок тока намагничивания характеризуется следующими основными признаками [федосеев]:

-                   один максимум в период (при КЗ – два);

-                   большая доля (до 60%) второй гармоники – f = 100 Гц;

-                   наличие апериодической составляющей тока (до 55%);

-                   наличие бестоковой паузы большей ½Т , больше 0,01 с.

При возникновении и определении этих четырех признаков дифференциальная защита должна блокироваться, не должна действовать на отключение выключателя.