9.2. Дифференциальная защита трансформаторов

9.2.1. Назначение и принцип действия дифференциальной защиты

Дифференциальная защита (ДЗ) предназначена для защиты от КЗ между фазами, на землю и от витковых замыканий. Принцип действия ДЗ такой же как у продольной дифференциальной защиты линий – основан на сравнении величин и направлении токов до и после защищаемого элемента. Распределение токов при КЗ в трансформаторе и вне его продемонстрировано на рис. 9.2.1.

Задачей при проектировании защиты является уравновешивание вторичных токов в плечах защиты так, чтобы ток в реле отсутствовал и ДЗ не работала при нагрузке и внешних КЗ (рис. 9.2.1. а)). При КЗ в трансформаторе (рис. 9.2.1. б)), если I_P>I_C.P. – реле сработает и отключит трансформатор.

Рис. 9.2.1.

9.2.2. Особенности дифференциальной защиты трансформаторов

Дифференциальная защита трансформаторов имеет ряд особенностей по сравнению с продольной дифференциальной защитой линий.

1. Первичные токи обмоток трансформатора не равны по величине и в общем случае не совпадают по фазе.

В режиме нагрузки и внешнего КЗ: I_II>I_I, отношение токов - равно коэффициенту трансформации силового трансформатора.

2. В трансформаторе с соединением обмоток Y/ - токи I_I и I_II различаются и по величине и по фазе: угол сдвига зависит от группы соединения обмоток трансформатора. Наиболее распространённое соединение обмоток Y/–11 гр. Векторные диаграммы распределения токов в обмотках трансформатора с такой группой соединения показаны на рис. 9.2.2.

В связи с вышеизложенным необходимы специальные меры по выравниванию вторичных токов по величине: , а при разных схемах соединения обмоток и по фазе, с тем, чтобы поступающие в реле токи в нормальном режиме и при внешнем КЗ были равны.

Рис. 9.2.2.

Пояснение к рис.:

I_AI, I_BI, I_CI – токи в фазах обмотки, соединенной в звезду;

I_A, I_B, I_C - токи в фазах обмотки, соединенной в треугольник.

Фазные токи сдвига не имеют. Однако, в месте установки трансформатора ТА2 проходят токи, равные геометрической разности фазных токов, так в фазе А проходит ток: I_AII = I_A – I_B. Ток I_AII сдвинут относительно I_AI на угол 330.

9.2.3. Меры по выравниванию вторичных токов

9.2.3.1. Компенсация сдвига токов i1 и i2 по фазе

Выравнивание вторичных токов в плечах защиты по фазе осуществляется соединением в треугольник вторичных обмоток трансформаторов тока, установленных на стороне звезды силового трансформатора (см. рис. 9.2.3.).

Такой способ обеспечивает компенсацию сдвига фаз не только при симметричной нагрузке и трехфазных КЗ, но и при любом несимметричном повреждении.

Рис. 9.2.3.

9.2.3.2. Выравнивание величин токов i1 и i2

Выравнивание величин вторичных токов в плечах дифференциальной защиты осуществляется подбором коэффициентов трансформации n_T1 и n_T2 трансформаторов тока и параметрами, специально для этой цели установленных, промежуточных автотрансформаторов или трансформаторов (см. рис. 9.2.4.).

Коэффициенты трансформации n_T1 и n_T2 выбираются таким образом, чтобы вторичные токи в плечах защиты, по возможности, совпадали I₁=I₂ (рис. 9.2.4. а)).

Рис. 9.2.4.

При соединении обмоток силового трансформатора Y/Y:

(9.1.)

где: N – коэффициент трансформации силового трансформатора.

При соединении обмоток по схеме Y/:

Ток в плече, подсоединенном к трансформаторам тока включенным в треугольник , а в плече присоединенном к трансформаторам тока, соединенным в звезду , с учетом этого:

(9.2.)

Задаваясь одним из коэффициентов трансформации, например n_TII можно найти, пользуясь выражениями (9.1.) или (9.2.), расчетное значение второго n_TI , но он, как правило, получается нестандартным. Используют трансформатор тока с стандартным значением коэффициента трансформации, ближайшим к расчетному значению, а компенсация оставшегося неравенства вторичных токов осуществляется с помощью выравнивающих автотрансформаторов или трансформаторов

Использование автотрансформатора (см. рис. 9.2.4. б)):

Коэффициент трансформации автотрансформатора n_a подбирается так, чтобы его вторичный ток I_2a был равен току I₁ в противоположном плече защиты:

(9.3.)

Использование трансформатора (см. рис. 9.2.5.):

В данном случае используется промежуточный компенсирующий трансформатор с тремя первичными обмотками: _y1 и _y2 - уравнительные, включаются в плечи защиты; _∂ - дифференциальная, включаемая на разность токов I₁–I₂. Вторичная обмотка ₂ питает дифференциальное реле КА.

Число витков обмоток подбирается из условия:

(9.4.)

Рис. 9.2.5.