2.1.1. Дифференциальная защита трансформатора

Для дифзащиты трансформаторов отечественной промышленностью вы­пускаются специальные реле типа РНТ и ДЗТ. Для защиты с регулированием напряжения под нагрузкой, которые устанавливаются на тяговых подстанциях переменного тока, применяются в основном реле типа ДЗТ с быстронасыщающимся трансформатором (БНТ) и магнитным торможением.

Задачей расчета дифзащиты трансформатора является определение числа витков различных обмоток дифференциальных реле защиты.

Расчет дифзащиты производится с учетом данных табл.1 настоящих указаний, руководствуясь следующей последовательностью:

1. Выполняются расчеты по определении максимальных и минимальных токов при трехфазных к.з, на стороне тяговой и районной обмоток. Эти значения токов к.з. необходимы для отстройки защиты от максимальных токов небаланса при внешних к.з. и определение коэффициента чувствительности защиты.

Для определения внешних токов к.з. необходимо составить схему замещения, включающую сопротивление системы и обмоток понижающего трансформатора .

Сопротивления обмоток трехобмоточного трансформатора определяются приближенно при известной номинальной мощности трансформатора по формуле:

где - номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора;

- напряжение к.з. (в %) отдельных обмоток трансформатора.

Определяется по соотношениям:

где - напряжения К.З. между обмотками:

Сопротивления системы определяются для двух режимов ее работы – максимальном и минимальном по формуле:

где U_ср - среднее значение питающего напряжения системы.

Принимается U_ср=115 кВ;

Sк^max(min) - мощность К.З. на шинах 110 кВ тяговой подстанции в режимах максимума или. минимума энергосистемы.

Токи к.з. протекающие через защищаемый трансформатор при к.з. на стороне среднего и низкого напряжения, в максимальном и минимальном режимах работы системы определяются по выражению:

где U_н – номинальное напряжение обмотки среднего или низшего напряжения.

– результирующее сопротивление системы и обмоток трансформатора соответственно в максимальном и минимальном режимах работы системы. Полученные при расчете значения Iкз^max и Iкз^min следует привести его к высокой стороне, используя отношения соответствующих напряжений.

На средней стороне:

На низкой стороне:

Для дальнейших расчетов выбирается наибольшее из двух максимальных токов К.З. и наименьшее из двух минимальных токов К.З.

Принимаем:

2. Определяются первичные токи для всех сторон защищаемого трансформатора, выбирают номинальные коэффициенты трансформации трансформаторов тока (Т.Т.), вычисляют токи в плечах защиты.

Вторичные токи:

Результаты расчетов сведем в таблицу 1.

Таблица 2.1 - Расчет токов в плечах защиты

Наименование величины	Числовые значения
	ВН	СН	НН
Первичные номинальные токи, А	131,37	525,43	1313,72
Коэффициент трансформации,	30	120	300
Коэффициент схемы		1	1
Вторичные номинальные токи, А	7,58	4,38	4,38

3. Произведем расчет для выбора типа реле дифзащиты.

Сначала определяется возможность применения реле типа РНТ.Для этого выбирается первичный ток срабатывания защиты Iсз, приведенный к стороне высшего напряжения трансформатора.

Первым условием выбора Iсз является отстройка от броска тока намагничивания:

где - номинальный ток со стороны ВН трансформатора;

- коэффициент отстройки защиты от бросков тока намагничивания.

Для реле типа РНТ

Для реле типа ДЗТ .

Вторым условием выбора является отстройка от тока небаланса при внешних К.З.

;

где - коэффициент запаса. Для реле типа РНТ (для ДЗТ = 1,5);

- ток небаланса. Определяется по выражению:

где - коэффициент, учитывающий переходный режим токов К.З. Для реле с БНТ ;

- коэффициент однотипности Т.Т. При одном выключателе на всех сторонах трансформатора ;

- допускаемая относительная погрешность Т.Т.( );

- относительная погрешность, обусловленная регулированием напряжения. Для трансформатора ТДНЭ ;

- относительная погрешность от неточного выравнивания токов плеч защиты вследствие невозможности точной установки на реле расчетного числа витков. Так как число витков пока еще неизвестно, то принимается ;

- максимальное значение тока К.З. (на стороне ВН трансформатора) при К.З. на стороне СН или НН.

Наибольшее из двух найденных значений принимается за ток срабатывания.

Для РНТ:

Для ДЗТ:

Принимаем:

По выбранному току срабатывания определяется коэффициент чувстви­тельности дифзащиты с реле типа РНТ:

;

где - значение минимального тока двухфазного К.З., приведенного к стороне ВН трансформатора.

Определяется по выражению:

;

При К_ч 2 дифзащиту с реле типа РНТ, т.е. без торможения, выполнить нельзя. В этом случае следует применить реле типа ДЗТ, например, ДЗТ – 2 с одной тормозной обмоткой.

4. Производится выбор уставок реле типа ДЗТ. В трех обмоточных трансформаторах лучшим вариантом является включение тормозной обмотки на сумму токов плеч защиты питаемых сторон (Рис.2.1). При таком включении тормозной обмотки ток срабатывания защиты минимальный и выбирается только по условию (1.5) при К_отс=1,5. Кроме того, в этой схеме исключается влияние тормозной обмотки реле при К.З. в зоне действия защиты.

По найденному I_сз находится вторичный ток срабатывания реле I_ср:

Определяется число витков обмоток реле ДЗТ – 2:

а) число витков дифференциальной (рабочей) обмотки W_g определяется по выражению:

где – магнитодвижущая (намагничивающая) сила, необходимая для срабатывания реле. Для ДЗТ – 2 = 100 АВит

Принимаем

б) Расчетное число витков уравнительных обмоток определяется из условия равновесия намагничивающих сил в реле, создаваемых номинальными токами в дифференциальной и уравнительных обмотках.

где - вторичные токи в плечах защиты.

Принимаем

Принимаем

Рисунок 2. Схема включения тормозной обмотки на сумму токов плеч СН и НН трансформатора.

в) число витков тормозной обмотки выбирается с учетом схемы ее включения, исходя из условий надежного несрабатывания защиты при внешних к.з. на стороне СН или НН трансформатора, по формуле:

где – коэффициент запаса, =1,5;

– расчетное число дифференциальной обмотки;

– максимальный ток небаланса при трехфазном к.з. на одной из сторон (СН или НН) трансформатора.

Погрешность определяется для сторон СН или НН трансформатора по выражению:

где – расчетное и принятое к установке на реле число витков уравнительных обмоток.

В формулу (2.1.13) подставляется наибольшее из двух полученных значений .

– максимальное значение внешнего тока К.З. на одной из сторон СН или НН трансформатора. В формулу (1.13) подставляется значение, соответствующее К.З.на той стороне трансформатора, для которой берется .

– для реле ДЗТ – 2 (соответствует минимальному торможению по заводской характеристике).

Для СН:

Для НН:

Принимаем

5. Определяется коэффициент чувствительности защиты при К.З. за трансформатором в зоне действия защиты:

где – значение минимального тока двухфазного к.з.;

- коэффициенты трансформации и схемы соединения Т.Т. со стороны ВН трансформатора;

– принятое к установке на реле число витков дифференциальной обмотки;

– магнитодвижущая сила для реле ДЗТ – 2.

Значение должно быть больше или равно 2.