9.2. Запита трансформаторов

В зависимости от номинальной мощности трансформаторов для них могут применятся различные защиты, основные требования ПУЭ к объему выполнения устройств релейной защиты силовых трансформа­торов приведены в табл. 9.1.

Ниже рассматриваются некоторые особенности выполнения указан­ных защит.

Токовая отсечка- является наиболее простой из всех быстродействующих защит от повреждений в трансформаторе. Вместе с МТЗ она входит в состав двухступенчатой защиты. На рис. 9.2 приведен один из возможных вариантов построения двухступен­чатой защиты на оперативном постоянном токе.

В сетях с глухозаземленной нейтралью защита выполняется по трехфазной схеме, а в сетях с изолированной нейтралью - по схеме неполной звезды.

Токовые реле КА1, КА2 работают без выдержки времени (токовая отсечка), реле КАЗ, КА4 - с выдержкой времени (МТЗ). При срабаты­вании соответствующих токовых' реле включается промежуточное реле KL и подается импульс на отключение масляных выключателей 0.1 и 42, О срабатывании той или иной защиты сигнализируют соответствующие указательные реле КН1 или КН2.

Ток срабатывания отсечки выбирается по двум условиям :

а) отстройки от сквозных токов короткого замыкания, напри­мер, в точке

К-1

б)отстройки бросков токов намагничивания при включении

где Кн – коэфф. надёжности Кн=1,4-1,5

Iн.скв – сквозной ток Кз

Iном – номинальный ток трансформатора.

За расчётный ток принимают большее из полученных значений.

Коэффициент чувствительности

де Iк.мин - минимально возможный ток КЗ на стороне высшего напряжения, например, в точке К-2,

Максимальная токовая защита помимо своих основных функций является резервной по отношению к токовой отсечке и выполняет роль второй ступени в двухступенчатой защите.

В схеме МТЗ (рис. 9.2) используются реле тока РТ-40. реле времени серии ЭВ

Таблица 9.1

Объем и виды защит силовых трансформаторов

Виды повреждений или ненормального режима	Виды защит при нормальной мощности трансформатора
	до 6300 кВ*А	6300 кВ*А и более
1	2	3
1.многофазные замыкания в обмотках, на выводах и в соединениях трансформатора с шинами	Токовая отсечка с действием на отключение. t=0 Продольная дифференциальная защита с действием на отключение. t=0, если токовая отсечка не чувствительна. Выдержка времени МТЗ более 0,5 с и нет газовой защиты.	Продольная дифференциальная защита с действием на отключение. t=0
2.повреждения внутри бака трансформатора с выделением газа, понижением уровня масла	Газовая защита с действием: 1 ступень- на сигнал 2 ступень- на отключение
3.внешние многофазные КЗ	МТЗ без пуска или с пуском минимального напряжения с действием на отключение,t не равна нулю при Sном<1000кВ*А	МТЗ с пуском минимального напряжения с действием на отключение,t0
4.однофазные КЗ в обмотках НН и на выводах (система НН с заземленной нейтралью)	МТЗ,t0 или токовая защита нулевой последовательности с действием на отключение
5.однофазные замыкания на землю на стороне ВН (система ВН с заземленной нейтралью)	Токовая защита от замыканий на корпус с действием на отключение
6.однофазные замыкания на землю на стороне НН (система НН с изолированной нейтралью)	Защита от однофазных замыканий на землю с действием на сигнал или отключение, если это необходимо по условиям техники безопасности
7.перегрузка	МТЗ,t#0 с действием на сигнал

Рис.9.2. Схема двухступенчатой токовой защиты трансформатора

Ток срабатывания защиты выбирается по условию отстройки от наибольшего рабочего тока

где Кн - коэффициент надежности Кн-1.2 ;

Кв - коэффициент возврата реле, Кв=0,8 - 0,85 ;,

Iр.макс - максимальный рабочий ток, определяется с учетом возможного самозапуска двигателей.

Коэффициент чувствительности защиты

где I к.мин - минимально возможное значение тока двухфазного КЗ

в конце зоны резервирования.

В случаях, когда МТЗ трансформатора выполняет роль основной защити коэффициент чувствительности Кч>1,5. Если в качестве основной защиты трансформатора применяется токовая отсечка или дифференциальная защита, а. МТЗ выполняет роль резервной защиты, то коэффициент чувствительности Кч > 1,2.

Для повышения чувствительности максимальная токовая защита может применяться с пуском минимального напряжения. Ток срабаты­вания для этого случая

где Iном - номинальный ток трансформатора.

МТЗ применяется для защиты трансформаторов от внешних мно­гофазных коротких замыканий, при перегрузке, от однофазных КЗ в системе с заземленной нейтралью.

Дифференциальная защита трансформа­тора основана на общем принципе действия таких защит. В зависи­мости от чувствительности она может быть выполнена на реле типа РНТ или ДЗТ: защита с реле РТ-40 имеет невысокую чувствительность и применяется для защиты трансформаторов небольшой мощности

При выборе трансформаторов тока необходимо учитывать следую­щее обстоятельство. Как известно, при соединении обмоток ило­вого трансформатора по схеме Y/Δ угол между векторами первичного и вторичного токов составляет 30⁰ . Для компенсации сдви­га по фазе вторичные обмотки трансформаторов тока включаются со Стороны высшего напряжения треугольником, а со стороны низшего напряжения - звездой(рис.9.3)

При схеме соединения трансформаторов тока треугольником коэф­фициент схемы Ксх= . а при соединении в звезду. Ксх=1.Поэтому для выравнивания вторичных токов в плечах защиты необходимо вы­полнить условие [15]

где n_TA1, n_TA2 - соответственно коэффициенты трансформации

трансформаторов тока ТA1 и ТА2.

N - коэффициент трансформации силового трансфор­матора.

Коэффициенты трансформации трансформаторов тока выбирают, так, чтобы значения токов в плечах дифференциальной защиты были по возможности одинаковые.

Расчет дифференциальной защиты начинают, с определения токов в ее плечах, исходя из номинальной мощности силовое трансформатора. За основную сторону принимают ту, где проходит больший ток [17].

Порядок расчета дифференциальной защиты следующий.

Ток срабатывания дифференциальной защиты рассчитывают по двум условиям:

Рис.9.3. дифференциальная токовая защита трансформатора с соединением обмоток Y/Δ

а) отстройки от броска тока намагничивания при включении си­лового трансформатора

где Кн - коэффициент надежности, зависит от типа реле, для реле , РТ-40 Кн-3 -

4, для РНТ К8-1.3 , ДЛЯ ДЗТ Кн-1.5;

Iном - номинальный ток силового трансформатора.

б) отстройки от тока небаланса при внешних КЗ

Где Iнб.расч - ток небаланса, протекающий в защите при сквозном КЗ, приведенный к главным цепям

Расчетное значение тока небаланса можно определить по фор­муле [14]

где Кодн - коэффициент однотипности трансформаторов тока, при защите силовых трансформаторов

Кодн=1 ;

Ка - коэффициент, учитывающий влияние апериодической сос­тавляющей; для реле РТ-40 Ка-2.

для РНТ и ДЗТ Ка-1 ;

Е - относительная погрешность трансформаторов тока, в расчетах принимается Е=0,1 ;.

ΔUр - относительная погрешность, обусловленная PПH, принимается равной половине суммарного

диапазона регулирования напряжения, Δ Up=0,1 ;

fвых - погрешность, обусловленная неточностью установки расчетного числа витков :

Wрасч, Wуст - соответственно расчетное и установленное число витков;

Iк.макс - периодическая составляющая тока внешнего КЗ.

Ток срабатывания защиты выбирается по наибольшему из двух по­лученных значений.

Ток срабатывания реле

Для дифференциальной защиты, выполненной c использованием реле РТ-40 полученный ток срабатывания реле является током установ­ки.

Для защит с дифференциальными реле определяют число витков основной стороны дифференциальной защиты:

где Fcp - намагничивающая сила срабатывания реле, для реле РНТ-565, ДЗТ-И

Fcp=100 ампер-витков.

Полученный результат округл от до ближайшего меньшего целого числа.

Число витков неосновной стороны определяют из соотношения

Для схемы, изображенной на рис. 9.4, число витков основной и неосновной сторон включают в себя сумму витков рабочей и соответ­ствующей уравнительной обмоток.

Далее, зная расчетное и установленное число витков W_расч и W_раб определяют погрешность, и уточняют значения тока небаланса и тока срабатывания защиты.

Дифференциальное реле с магнитным торможением ДЭТ отличается наличием тормозной обмотки W_т. (рис. 9.4), число витков которой определяется по формуле

где tgα - тангенс угла наклона тормозной характеристики, для реле ДЗТ-l1 tgα=

0.75 - 0.8.

Рис.9.4. Схема соединений обмоток в дифференциальном реле: Wр - рабочая обмотка; Wт - тормозная обмотка ; Wур1,Wур2 – уравнительные обмотки.

Полученный результат округляют до большего числа витков.

Чувствительность дифференциальной защиты определяется при коротком замыкании в пределах защищаемой зон«. когда токи КЗ име­ют минимально возможные значения. Коэффициент чувствительности

где Iк - ток в реле при КЗ в зоне защиты ;

Icp.p - ток срабатывания реле.

Вторичные токи Iк и Icp.p. протекающие в реле, определяются с учетом коэффициентов трансформации и схем соединения вторичных обмоток трансформаторов тока в плечах защиты.

Газовая защита применяется от внутренних повреждений в трансформаторах, которые обычно сопровождаются раз­ложением масла и образованием газов. К таким повреждениям отно­сятся витковые замыкания и замыкания обмоток на корпус транс­форматора. Они могут сопровождаться повышенным нагревом деталей или электрической дугой.

При незначительных повреждениях объем выделяющихся газов и скорость их выделения невелики, опасны повреждения сопровождают­ся бурным газовыделением и движением масла по направлению к рас­ширителю. Эти признаки и используются при построении схемы защи­ты. Первая ступень газовой защиты действует на сигнал, вторая ступень - на отключение без выдержки времени.

В качестве чувствительного элемента защиты используется га­зовое реле, которое реагирует на появление газа и движение мас­ла. Газовое реле устанавливается на трубопроводе, соединяющем бак трансформатора с расширителем так. чтобы через него проходили газы и поток масла.

Промышленностью выпускаются газовые реле поплавковые и ча­шечные, которые получили широкое применение.

Газовая защита является весьма чувствительной. В соответ­ствии с ПУЭ установка газовой защиты обязательна для трансформа­торов мощностью 6300 кВ-А и более, а также для трансформаторов меньшей мощности, если отсутствует быстродействующая защита (дифференциальная или максимальная со временем действия не более 1с).

Защита от перегрузки выполняется с помощью реле тока, включенного в одну фазу, и реле времени, дейст­вует на сигнал. Ток срабатывания защиты выбирается по условию от­стройки от номинального тока трансформатора:

где коэффициент надежности, Кн=1,05.

Ток срабатывания реле

Защита от замыканий на корпус трансформатора с глухозаземленной нейтралью на стороне низшего напряжения выполняется с помощью трансформатора тока, включен­ного в рассечку заземляющей шины. Кроме этой связи, корпус транс­форматора не должен иметь других соединений с землей.

Специальных мер для изоляции корпуса трансформатора от зем­ли не требуется, если сопротивление изоляции составляет 15 - 20 Ом. Это условие обычно выполняется при установке трансформатора на железобетонном фундаменте.

При замыкании на корпус наружных выводов или обмотки транс­форматора ток однофазного КЗ проходит через трансформатор то­ка, срабатывает токовое реле и подает сигнал на отключение транс­форматора.

Защита трансформаторов напряжением ,6. - 10/0,4 кВ мощностью до 1000 кВ*А и трансформаторов 35/0.4 кВ мощностью до 4000 кВ-А от внутренних повреждений и междуфазных КЗ на выводах может быть выполнена с помощью плавких предохранителей. При выборе плавкой ^ставки предохранителя необходимо согласовывать ее характерис­тики с характеристиками релейной защиты на отходящих линиях.