Заняття 6
Тема: РОЗРАХУНОК ДИФЕРЕНЦІЙНОГО ЗАХИСТУ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА
Мета заняття: Навчити студентів розраховувати релейний захист трансформаторів.
6.1. Теоретичні положення
6.1.1.Диференційний захист
Диференційний захист, який виконується на принципі порівняння струмів на вході і виходах, застосовується в якості основного швидкодіючого захисту трансформаторів. Захист абсолютно селективний і діє на відключення трансформатора з усіх боків без витримки часу.
Зона дії диференційного захисту трансформатора (ДЗТ) обмежується місцем установки трансформаторів струму, і містить у собі ошиновку ВН (СН), НН.
При паралельній роботі трансформаторів диференційний захист забезпечує швидке і селективне відключення ушкодженого трансформатора.
Для виконання диференційного захисту силового трансформатора (TV) встановлюються трансформатори струму (ТА) із усіх боків його обмоток. Вторинні обмотки ТА з'єднуються в диференційну схему і паралельно до них підключається реле струму (КА). Схеми включення реле струмів виконують, як правило, двохрелейні.
Розрахунок диференційного захисту виконується в наступній послідовності:
розраховуються первинні струми трансформатора для високої і низької напруги за виразом:
(6.1)
розраховуються вторинні струми трансформатора за виразом:
(6.2)
Задаються основною стороною трансформатора. Як правило, за основну сторону приймається сторона основного живлення.
розраховується струм спрацьовування диференційного захисту за умовами:
а) по відстроюванню від кидка струму намагнічування при вмиканні ненавантаженого трансформатора під напругу за виразом:
,
(6.3)
де
-
коефіцієнт настроювання,
=1,3…1,5
[4];
-
номінальний струм трансформатора для
основної сторони при крайньому негативному
положенні пристрою РПН.
(6.4)
б) за умовою відстроювання від розрахункового максимального струму небалансу Iнб.розр. при перехідних режимах зовнішніх к. з. з урахуванням впливу НТС:
,
(6.5)
де - коефіцієнт надійності, = 1,3.
Струм спрацьовування диференційного захисту повинен бути більше струму небалансу. Для зниження струму небалансу, викликаного нерівністю вторинних струмів трансформаторів струму диференційного захисту, виконуються вирівнювання цих струмів шляхом включення спеціальних проміжних автотрансформаторів струму, або шляхом використання додаткових обмоток диференційних реле, що вирівнюють. У цифрових реле таке вирівнювання виконуються математичним шляхом.
Сучасні цифрові захисти (фірм ABB, SIEMENS, ALSTOM, GE) одержують різницю фазних струмів математичним шляхом. У таких захистів трансформатори струму з усіх боків з'єднуються в зірку, а група з'єднань трансформатора і полярність трансформаторів струму вводиться в реле в виді уставки. Відстроювання виконується за формулою (6.5).
Розрахунковий струм небалансу, який обумовлений похибками трансформаторів струму, розраховується за виразом:
,
(6.6)
де
-
коефіцієнт, що враховує вплив на
швидкодіючі захисти перехідних процесів
при к. з. Приймається:
= 1
для реле, що мають БНТ із короткозамкнутими
обмотками і мікропроцесорного захисту;
= 2
для реле без таких засобів;
-
коефіцієнт однотипності умов роботи
трансформаторів струму. Приймається:.
=
0,5
у тих випадках, коли через трансформатори
струму проходять близькі за величинами
значення струмів;
= 1
в інших випадках.
-
похибка трансформаторів струму, що
задовольняє 10 % кратності,
=0,1;
-
найбільший струм при наскрізному к. з.,
А.
Друга складова струму небалансу визначається зміною коефіцієнта трансформації трансформатора, який захищається, при регулюванні напруги.
Її розраховують за виразами:
при регулюванні на одній стороні трансформатора:
(6.7)
при регулюванні з обох сторін трансформатора:
,
(6.8)
де
-
половина діапазону регулювання, для
якого виконується вирівнювання вторинних
струмів.
Третя складова розрахункового струму небалансу обумовлена неточністю вирівнювання вторинних струмів і розраховується за виразом:
,
(6.9)
де
- розрахункове число витків обмоток
трансформаторів реле, що вирівнюють,
для неосновних сторін (сторін із меншим
вторинним струмом);
- прийняте число витків обмоток;
-
найбільші струми к. з. відповідних
сторін, А.
Для двохобмоточного трансформатора вираз має вид:
(6.10)
Сумарний розрахунковий струм небалансу складається з цих трьох складових:
(6.11)
При розрахунках диференційного захисту трансформаторів у першу чергу визначається струм небалансу, як сума перших двох складових:
(6.12)
Після вибору струму спрацьовування і визначення розрахункової кількості витків трансформаторів струму визначається додатково сумарний струм небалансу за виразом (6.11) і виконується уточнення раніше обраного струму спрацьовування за виразом (6.5).
У залежності від вимог чутливості і прийнятого способу відстроювання від струмів небалансу використовується три основних варіанта диференційного захисту:
диференційна відсічка, яка відстроюється від небалансів за струмом;
диференційний захист із трансформаторами, які швидко насичуються;
диференційний захист в якому використовуються реле, які мають гальмування.
У мікропроцесорних пристроях диференційного захисту (ДЗТ-21, R3IPT, MiCOM P630), є спеціальний елемент – відсічка, яка не має додаткової затримки і спеціальних засобів відстроювання від кидка струму намагнічування. Така відсічка не має затримок у порівнянні з основний захистом, є більш ефективним диференційним захистом, який забезпечує дуже швидке відключення великого струму короткого замикання.
6.1.2.Диференційний захист трансформатора, як правило, повинен виконуватися в трифазному трьохрелейному виконанні. Для двохобмоточних трансформаторів припускається виконання диференційного захисту в дворелейному виконанні.
Чутливість диференційного захисту оцінюється коефіцієнтом чутливості:
,
(6.13)
де
- мінімальний струм при к. з. у зоні
захисту, А;
-
струм спрацювання захисту, А.