Конструкция и принцип действия реле дзт. Тормозная характеристика, схемы включения.
Дифференциальная защита с торможением. Для повышения чувствительности дифференциальной защиты в таких случаях используются реле КА W с тормозным действием типа ДЗТ. У таких реле на БНТ кроме обмоток, аналогичных тем, что имеются у реле типа РНТ, расположены дополнительно одна или несколько тормозных обмоток. Включение реле с одной тормозной обмоткой типа ДЗТ-11 показано на рис. 4.9.
Рис. 4.9. Принципиальная схема токовых цепей дифференциальной защиты с реле ДЗТ-11 для двухобмоточного трансформатора: а — схема включения реле: б — тормозная характеристика зависимости тока срабатывания Iс.р от тока в тормозной обмотке Iт.о
Тормозная обмотка Т, включенная в плечо дифференциальной защиты, по которой проходит ток сквозного КД, подмагничивает сердечник БНТ, что приводит к увеличению тока срабатывания реле. Зависимость тока срабатывания реле ДЗТ от тока, проходящего в тормозной обмотке, показана на рис. 4.9, б. Эта зависимость, называемая тормозной характеристикой, показывает, что при увеличении тока сквозного КЗ ток срабатывания также возрастает, что обеспечивает отстройку от увеличивающихся токов небаланса.
Промышленностью выпускается реле с одной тормозной обмоткой типа ДЗТ-11, с тремя тормозными обмотками типа ДЗТ-13 и с четырьмя тормозными обмотками типа ДЗТ-14.
На дифференциальных защитах с реле ДЗТ-21 и ДЗТ-23 может быть выполнена минимальная уставка по току срабатывания 0,3Iном трансформатора. Для отстройки от бросков намагничивающего тока силовых трансформаторов (автотрансформаторов) и переходных токов небаланса используется время-импульсный принцип блокирования защиты в сочетании с торможением от составляющих второй гармонической тока, содержащихся, как показывает анализ, в токах намагничивания.
Рис. 4.01. Временные диаграммы, поясняющие принцип действия дифференциальной защиты с реле типа ДЗТ-21: а — выпрямленный рабочий ток в реле при броске тока намагничивания; б — то же при симметричном токе КЗ; в — импульсы и паузы на выходе органа, формирующего импульсы при броске тока намагничивания; г — то же при симметричном токе КЗ
Рис. 4.11. Однолинейная структурная схема защиты ДЗТ-21.
Сочетание в ДЗТ-21 (ДЗТ-23) двух указанных способов позволяет обеспечить отстройку защиты от бросков тока намагничивания при необходимых быстродействии и чувствительности. В защите предусмотрено также торможение от фазных токов в двух плечах защиты, улучшающее отстройку от установившихся и переходных токов небаланса. При больших кратностях тока в защищаемой зоне, особенно при наличии апериодической составляющей, может наступить насыщение ТТ защиты При этом во вторичных токах ТТ появляются паузы которые могут вызвать замедление иль отказ защиты. Для обеспечения надежности и быстродействия защиты в этих режимах в схеме предусмотрена дополнительная отсечка
Реле ДЗТ 21 (ДЗТ-23) выполнено трехфазным в четырехмодульной кассете три фазных модуля (по числу фаз) и четвертый общий модуль питания и управления (стабилизатор питания полупроводниковых цепей, выходное промежуточное реле, сигнализация и т. д ).
Рис. 4.12. Характеристика срабатывания защиты ДЗТ в зависимости от тормозного тока.
Однолинейная структурная схема защиты приведена на рис 4.12, она содержит- промежуточные автотрансформаторы TL1 и TL2 для выравнивания вторичных токов, промежуточные трансформаторы TL3, TL4 и выпрямители VS1, VS2, через которые формируется тормозной ток плечей защиты, подаваемый к реагирующему органу РО, стабилитрон VD, включенный последовательно в тормозную цепь и обеспечивающий при небольших токах работу защиты без торможения (рис. 4 12); трансреактор TAV, к вторичным обмоткам которого подключено через выпрямитель VS3 реле дифференциальной отсечки К.А и цепь торможения от тока второй гармоники, фильтр тока второй гармоники ZF и выпрямитель VS4, через которые подается к РО тормозной ток второй гармоники; устройства формирования, подготавливающие токи смещения, подаваемые в РО, пропорциональные тормозным токам РНТ и ДЗТ.
Принципы расчета. Выбор уставок и схемы включения защиты в основном сводится к расчету минимального тока срабатывания и коэффициента торможения чувствительного органа; выбору тока срабатывания отсечки; определению ответвлении в плечах рабочей и тормозной цепей, включая при необходимости выбор ответвлений выравнивающих автотрансформаторов; расчету чувствительности.
Первичный минимальный ток срабатывания защиты (ее чувствительного органа) при отсутствии торможения IC3 min выбирается по следующим условиям.
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 IP>IC.P. – реле сработает и отключит трансформатор.
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: III>II, отношение токов- равно коэффициенту трансформации силового трансформатора.
2. В трансформаторе с соединением обмоток Y/— токиIIиIIIразличаются и по величине и по фазе: угол сдвига зависит отгруппы соединенияобмоток трансформатора. Наиболее распространённое соединение обмотокY/–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.
Пояснение к рис.:
IAI, IBI, ICI – токи в фазах обмотки, соединенной в звезду;
IA, IB, IC— токи в фазах обмотки, соединенной в треугольник.
Фазные токи сдвига не имеют. Однако, в месте установки трансформатораТА2проходят токи, равные геометрической разности фазных токов, так в фазеАпроходит ток:IAII = IA – IB. ТокIAIIсдвинут относительноIAIна угол 330.
9.2.3. Меры по выравниванию вторичных токов
9.2.3.1. Компенсация сдвига токовI1 иI2 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.
9.2.3.2. Выравнивание величин токовI1 иI2
Выравнивание величин вторичных токов в плечах дифференциальной защиты осуществляется подбором коэффициентов трансформации nT1иnT2трансформаторов тока и параметрами, специально для этой цели установленных, промежуточных автотрансформаторов или трансформаторов (см. рис. 9.2.4.).
Коэффициенты трансформации nT1иnT2выбираются таким образом, чтобы вторичные токи в плечах защиты, по возможности, совпадалиI1=I2(рис. 9.2.4. а)).
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 nTIIможно найти, пользуясь выражениями (9.1.) или (9.2.), расчетное значение второгоnTI, 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 naподбирается так, чтобы его вторичный токI2aбыл равен токуI1в противоположном плече защиты:
(9.3.)
Использование трансформатора(см. рис. 9.2.5.):
В данном случае используется промежуточный компенсирующий трансформатор с тремя первичными обмотками:y1иy2—уравнительные, включаются в плечи защиты;∂—дифференциальная, включаемая на разность токовI1–I2. Вторичная обмотка2питает дифференциальное релеКА.
Число витков обмоток подбирается из условия:
(9.4.)
Релейная защита и автоматика силовых масляных трансформаторов 110 кВ
Силовые масляные трансформаторы – самые дорогостоящие элементы оборудования распределительных подстанций. Трансформаторы рассчитаны на продолжительный срок службы, но при условии, что они будут работать в нормальном режиме, и не будут подвергаться недопустимым токовым перегрузкам, перенапряжениям и другим нежелательным режимам работы.
Для предотвращения повреждения трансформатора, продления его срока службы и обеспечения его работы в нормальном режиме нужны различные устройства защиты и автоматики.
Рассмотрим, какие устройства защиты и автоматики предусмотрены в силовых масляных трансформаторах.
Газовая защита трансформатора
Газовая защита является одной из основных защит трансформатора. Данная защита предназначена для отключения трансформатора 110 кВ от сети в случае возникновения внутренних повреждений в баке силового трансформатора.
Данное защитное устройство устанавливается в маслопроводе, который соединяется бак трансформатора с его расширителем. Основной конструктивный элемент газового реле — поплавок и две пары контактов, которые соединяются при опускании поплавка. При нормальном режиме работы газовое реле заполнено трансформаторным маслом, и поплавок находится в верхнем положении, при этом обе пары контактов разомкнуты.
В случае возникновения межвитковых коротких замыканий обмоток трансформатора, либо в случае так называемого горения стали (нарушения изоляции листов стали магнитопровода) в баке появляются газы, образующиеся при разложении электротехнических материалов под воздействием электрической дуги.
Образующийся газ попадает в газовое реле и вытесняет из него масло. При этом поплавок опускается и замыкает контакты. В зависимости от количества скапливаемого газа могут замыкаться контакты, действующие на сигнал либо на полное отключение трансформатора от сети.
Срабатывание газового реле может быть также по причине значительного снижения уровня масла в баке силового трансформатора, что свидетельствует о полном отсутствии масла в расширителе. То есть данное устройство также выступает в роли защиты от чрезмерного снижения уровня масла в трансформаторе.
Струйная защита бака РПН
Силовые трансформаторы 110 кВ имеют, как правило, встроенное устройство регулировки напряжения под нагрузкой (РПН). Устройство РПН находится в отдельном отсеке бака трансформатора, изолированного от основного бака с обмотками. Поэтому для данного устройства предусмотрено отдельное защитное устройство — струйное реле.
Все повреждения внутри бака РПН сопровождаются выбросом трансформаторного масла в расширитель, поэтому в случае наличия потока масла мгновенно срабатывает струйная защита, осуществляя автоматическое отключение силового трансформатора от электрической сети.
Реле уровня масла (РУМ)
Газовое реле сигнализирует о полном отсутствии масла в расширителе силового трансформатора, но необходимо вовремя обнаружить недопустимое снижение уровня масла — эту функцию выполняет реле уровня масла (РУМ).
Реле уровня масла устанавливается, как правило, в расширителе основного бака трансформатора, а также расширителе бака РПН, Устройство настраивается таким образом, чтобы поплавок — основной конструктивный элемент реле, замыкал контакты реле в случае снижения уровня масла ниже минимально допустимого значения для данного силового трансформатора.
Данное защитное устройство дает сигнал на срабатывание аварийной сигнализации, что позволяет вовремя обнаружить снижение уровня масла.
Дифференциальная защита трансформатора (ДЗТ)
Дифференциальная защита трансформатора (ДЗТ) является основной защитой трансформатора и служит для защиты от коротких замыканий обмоток трансформатора и токопроводов, находящихся в зоне действия данной защиты.
Принцип действия данной защиты основан на сравнении токов нагрузки каждой из обмоток трансформатора. В нормальном режиме на выходе реле дифференциальной защиты отсутствует ток небаланса. В случае возникновения двух или трехфазного короткого замыкания возникает ток небаланса – дифференциальный ток и реле действует на полное отключение трансформатора от сети.
Зона действия данной защиты — трансформаторы тока каждой из сторон напряжения силового трансформатора. Например, в трехобмоточном трансформаторе 110/35/10 кВ зона действия защиты помимо самого трансформатора включается в себя ошиновку (кабель), которая идет от вводов трансформатора до трансформаторов тока 110 кВ, 35 кВ и 10 кВ.
Токовая ступенчатая защита трансформаторов
Для большей надежности помимо основных защит для силового трансформатора предусматривается резервная защита – ступенчатая токовая защита каждой из обмоток.
Для каждой из обмоток трансформатора предусматривается отдельная максимально токовая защита (МТЗ) на несколько ступеней. Для каждой ступени защиты устанавливается своя уставка срабатывания по току и времени срабатывания.
Если трансформатор питает нагрузки потребителей с большими пусковыми токами, то для предотвращения ложных срабатываний максимальная токовая защита имеет так называемую вольтметровую блокировку – блокировку защиты по напряжению.
Для селективности работы защит трансформатора каждая из ступеней защиты имеет разное время срабатывания, при этом наименьшее время срабатывания имеют вышерассмотренные основные защиты трансформатора. Таким образом, в случае повреждения трансформатора или возникновения короткого замыкания в зоне действия защит сразу срабатывают основные защиты, а в случае их отказа или выведенного состояния защиту трансформатора осуществляют резервные токовые защиты.
Также МТЗ силового трансформатора резервируют защиты отходящих присоединений, питающихся от данного трансформатора, срабатывая в случае их отказа.
МТЗ осуществляет защиту от двух- и трехфазных коротких замыканий. Для защиты от однофазных замыканий на землю обмотка высокого напряжения 110 кВ имеет токовую защиту нулевой последовательности (ТЗНП).
Обмотка среднего напряжения силового трансформатора 35 кВ и низкого напряжения 6-10 кВ питает сети с изолированной нейтралью, в которых однофазные замыкания на землю фиксируют трансформаторы напряжения.
Большинство сетей 6-35 кВ с изолированной нейтралью работают в режиме, при котором однофазное замыкание на землю не считает аварийным и соответственно не отключается автоматически действием защиты от замыкания на землю. Обслуживающему персоналу поступает сигнал о наличии однофазного замыкания на землю, и он приступает к поиску и отключению от сети поврежденного участка, так как продолжительное время работы в таком режиме недопустимо.
Исключение составляют случаи, когда отключение однофазных замыканий в сетях необходимо по требованиям безопасности. В таком случае защита от замыканий на землю может работать на полное отключение трансформатора либо обесточивание одной из его обмоток.
Защита трансформатора от перенапряжений
Для защиты трансформатора от перенапряжения на ошиновке с каждой стороны трансформатора устанавливают разрядники или ограничители напряжения (ОПН).
Если трансформатор работает в режиме разземленной нейтрали по стороне высокого напряжения 110 кВ, то нейтраль соединяется с заземлением через разрядник или ОПН для того, чтобы защитить обмотку от повреждения в случае превышения напряжения выше допустимых значений при авариях в питающей сети.
Дополнительные защиты трансформатора
Для защиты силового трансформатора предусматривают ряд дополнительных защит, позволяющих исключить развитие незначительных дефектов, отклонений от нормального режима работы в более масштабную аварийную ситуацию.
Защита от перегрузки – действует на сигнал с целью своевременного снижения нагрузки на трансформаторе.
Реле контроля температуры сигнализирует о повышении температуры верхних слоев масла выше установленных (допустимых) значений. Данная защита автоматически включает дополнительные системы охлаждения трансформатора, если таковые имеются. Например, включаются вентиляторы обдува, насосы принудительной циркуляции масла в охладителях. Если температура масла поднимается еще выше, то реле действует на отключение трансформатора от сети.
Защита минимального напряжения осуществляет отключение выключателя вторичной обмотки трансформатора в случае падения напряжения до недопустимых величин.
Автоматика силовых трансформаторов 110 кВ
Если на подстанции работает два трансформатора, то при падении напряжения до недопустимых величин, либо при обесточивании трансформатора защита минимального напряжения воздействует на устройство автоматического включения резерва (АВР). Данное устройство осуществляет включение секционных или шиносоединительных выключателей, обеспечивая питание потребителей от резервного источника питания – силового трансформатора.
На вводных выключателях среднего и низкого напряжения трансформатора может быть реализовано автоматическое повторное включение выключателя (АПВ), одноразово восстанавливающее питание трансформатора в случае его отключения действием той или иной защиты.
Если силовой трансформатор конструктивно имеет устройство регулировки напряжения под нагрузкой (РПН), то для него может быть установлено устройство автоматической регулировки напряжения (АРН). Данное устройство осуществляет контроль напряжения на обмотках трансформатора и обеспечивает автоматическое переключение устройства РПН для обеспечения требуемого уровня напряжения на обмотках.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
8.3 ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА
Область применения и принцип действия Дифференциальная защита, выполненная на принципе сравнения токов на входе и выходах, применяется в качестве основной быстродействующей защиты трансформаторов и автотрансформаторов. Защита абсолютно селективна, реагирует на повреждения в обмотках, на выводах и в соединениях с выключателями, и действует на отключение трансформатора со всех сторон без выдержки времени. Зона действия дифференциальной защиты трансформатора (ДЗТ) ограничивается местом установки трансформаторов тока, и включает в себя ошиновку СН, НН и присоединение ТСН, включенного на шинный мост НН. Ввиду ее сравнительной сложности, дифференциальная защита устанавливается в следующих случаях (Л1): − на одиночно работающих трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 6300 кВА и выше; − на параллельно работающих трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 4000 кВА и выше; − на трансформаторах мощностью 1000 кВА и выше, если токовая отсечка не обеспечивает необходимой чувствительности при КЗ на выводах высшего напряжения ( k ч < 2 ), а максимальная токовая защита имеет выдержку времени более 0,5 сек. При параллельной работе трансформаторов (автотрансформаторов) дифференциальная защита обеспечивает не только быстрое, но и селективное отключение поврежденного трансформатора (автотрансформатора), что поясняется на рис. 8.2. Если параллельно работающие трансформаторы Т1 и Т2 оснащены только максимальными токовыми защитами, то при повреждении на вводах низшего напряжения трансформатора, например в точке К, подействуют максимальные токовые защиты обоих трансформаторов, а так как их выдержки времени одинаковы, отключатся оба трансформатора. Дифференциальная защита, действующая без выдержки времени, обеспечивает в рассмотренном случае отключение только поврежденного трансформатора. Для выполнения дифференциальной защиты трансформатора (автотрансформатора) устанавливаются ТТ со стороны всех его обмоток, как показано на рис. 8.2 для двухобмоточного трансформатора. Вторичные обмотки ТТ соединяются в дифференциальную схему и параллельно к ним подключается токовое реле. Аналогично выполняется дифференциальная защита автотрансформатора. При рассмотрении принципа действия дифференциальной защиты условно принимается, что защищаемый трансформатор имеет коэффициент трансформации, равный единице, одинаковое соединение обмоток и одинаковые ТТ с обеих сторон. При прохождении через трансформатор сквозного тока нагрузки или КЗ ток в реле равен: I p = I 1 − I 2 При принятых выше условиях и пренебрегая током намагничивания трансформатора, который в нормальном режиме имеет малое значение, можно считать, что первичные токи равны ( I I = I II ) и, следовательно, вторичные токи I 1 = I 2 . С учетом этого: I p = I 1 − I 2 = 0
| Рис. 8.2 Прохождение тока КЗ | и действие Рис. 8.3 | Принцип действия дифференциаль- | |
| максимальной токовой защиты при повреж- | ной защиты трансформатора: | ||
| а – | токораспределение присквозномКЗ; | ||
| дении одного из параллельно | работающих | ||
| б – | то же при КЗ в трансформаторе (в зоне | ||
| трансформаторов. | |||
| действия дифференциальной | |||
защиты). Таким образом, если схема дифференциальной защиты выполнена правильно и ТТ имеют точно совпадающие характеристики, то при прохождении через трансформатор тока нагрузки или внешнеro КЗ ток в реле отсутствует, и дифференциальная защита на такие режимы не реагирует. Практически вследствие несовпадения характеристик ТТ вторичные токи не равны I 1 ≠ I 2 и поэтому в реле проходит ток небаланса, т. е. I p = I 1 − I 2 = I р . нб Для того чтобы дифференциальная защита не подействовала от тока небаланса, ее ток срабатывания должен быть больше этого тока, т. е.
| I СЗ = k н I р . нб | (8.1) |
При КЗ в трансформаторе, или любом другом месте между ТТ, направление токов I II и I 2 изменится на противоположное, как показано на рис. 8.3, б. При этом ток в реле станет равным I p = I 1 + I 2 или I p = I 1 k I + I 2 k I = I p k I . Таким образом, при КЗ в зоне дифференциальной защиты в реле проходит полный ток КЗ, деленный на коэффициент трансформации трансформаторов тока. Под влиянием этого тока защита срабатывает и производит отключение поврежденного трансформатора. Особенности, влияющие на выполнение дифференциальной защиты трансформаторов: − Наличие намагничивающего тока, проходящего только со стороны источника питания Даже в том случае, когда трансформатор имеет коэффициент трансформации, равный единице, и одинаковое соединение обмоток, ток со стороны источника питания больше тока со стороны нагрузки на значение намагничивающего тока. Намагничивающий ток в нормальном режиме составляет примерно 1÷5% номинального тока трансформатора и поэтому вызывает лишь некоторое увеличение тока небаланса. Иные явления происходят при включении холостого транcформатора под напряжение, или при восстановлении напряжения после отключе- 5
ния КЗ. В этих случаях в обмотке трансформатора со стороны источника питания возникает бросок намагничивающего тока, который в первый момент времени в 5÷8 раз превышает номинальный ток трансформатора, но быстро, в течение времени менее 1 сек, затухает до значения порядка 5-10% номинального тока. Для предотвращения ложного срабатывания дифференциальной защиты от броска намагничивающего тока ток срабатывания защиты должен быть больше максимального значения намагничивающего тока, т. е.
| I СЗ = k н I нам max | (8.2) |
Ток I нам max зависит от конструкции трансформатора, момента его включения под напряжение и ряда других условий, трудно поддающихся учету. Поэтому при рacчетах дифференциальной защиты ток срабатывания определяется по формуле:
| I СЗ = k н I ном | (8.3) |
где I ном – номинальный ток обмотки, имеющей наибольшую мощность; k н – коэффициент надежности отстройки, принимаемый равным 1÷4 в зависимости от типа реле, используемых в схеме дифференциальной защиты. − Неравенство вторичных токов и разнотипность трансформаторов тока Поскольку у трансформаторов токи со стороны обмоток высшего, среднего и низшего напряжений не равны, трансформаторы тока, выбираемые по номинальным токам обмоток, имеют разные коэффициенты трансформации и различное конструктивное выполнение. Вследствие этого они имеют различные характеристики и погрешности. Номинальные токи обмоток трансформаторов, как правило, не совпадают со шкалой номинальных токов ТТ. Поэтому при выборе ТТ принимается трансформатор тока, номинальный ток которого является ближайшим большим по отношению номинальному току обмотки трансформатора. Иногда и этого сделать не удается, так как на выбор трансформаторов тока влияют и другие соображения. Таким образом, вследствие неравенства вторичных токов в плечах дифференциальной защиты в дифференциальном реле при номинальной нагрузке трансформатора проходит ток небаланса, равный:
| I нб = I ВН K II ВН − I НН K II НН | (8.4) |
При сквозном КЗ этот ток возрастает пропорционально току КЗ, а также увеличивается вследствие возрастания погрешностей ТТ, имеющих неодинаковые характеристики, что может вызвать ложное действие дифференциальной защиты. Поэтому для снижения тока небаланса, вызванного неравенством вторичных токов ТТ дифференциальной защиты, производится выравнивание этих токов путем включения специальных промежуточных автотрансформаторов тока, или путем использования выравнивающих обмоток дифференциальных реле. В цифровых реле такое выравнивание производится математическим путем.
− Неодинаковые схемы соединения обмоток трансформаторов При неодинаковых схемах соединения обмоток, например звезда-треугольник, токи со стороны обмотки, соединенной в звезду, и токи со стороны обмотки, соединенной в треугольник, оказываются сдвинутыми относительно друг друга на некоторый угол, который зависит от схемы соединения обмоток. Как уже говорилось в разделе 8.1, для обычно применяемой группы Υ / ∆ — 11 вторичный ток опережает первичный на угол 30 0 . Угловой сдвиг токов создает небаланс в реле дифференциальной защиты, который нельзя компенсировать подбором витков. Компенсация углового сдвига производится путем специального соединением вторичных обмоток трансформаторов тока. Для этого на стороне звезды трансформаторы тока соединяются в треугольник, а на стороне треугольника – в звезду (см. рис. 8.4). При таком соединении вторичных обмоток ТТ, как показано на рис. 8.4, в трансформаторах тока ТА1, вторичные обмотки которых соединены в треугольник, создается сдвиг токов на такой же угол, как и в соединенной в треугольник обмотке НН трансформатора, что и обеспечивает совпадение фаз вторичных токов. Современные цифровые защиты (фирм ABB, SIEMENS, ALSTOM, GE) получают разность фазных токов математическим путем. У таких защит трансформаторы тока со всех сторон соединяются в звезду, а группа соединений трансформатора и полярность ТТ вводится в реле в виде уставки. Соединение в звезду выгоднее в части величины нагрузки на трансформаторы тока (как указывалось в гл. 4, при соединении трансформаторов тока в треугольник нагрузка на трансформаторы тока вырастает в 3 раза). Рис. 8.4 Прохождение токов и векторные диаграммы токов в схеме дифференциальной защиты трансформатора с соединением обмоток по схеме звезда-треугольник, поясняющие принцип компенсации углового сдвига Соединение трансформаторов тока в треугольник на стороне трансформатора, где первичные обмотки соединены в звезду, имеет и преимущество. Если нейтраль трансформатора заземлена, то при замыкании на землю протекает ток от заземленной нейтрали к месту КЗ. При установке трансформаторов тока только на выводах и схеме соединения трансформаторов тока — звезда протекает несбалансированный ток нулевой последовательности, который при схеме соединения ТТ – треугольник замыкается внутри треугольника и в реле не попадает. Таким образом, состояние нейтрали соединенной в звезду обмотки трансформатора не влияет на работу дифзащиты. Цифровые защиты исключают влияние тока нулевой последовательности математическим путем, поэтому, трансформаторы тока можно соединить в звезду.
Выбор уставок дифференциальной защиты Выбор уставок дифференциальной защиты производится по 2 условиям: отстройка от тока намагничивания и тока небаланса. Ток намагничивания трансформатора достигает 5-6 величины номинального тока трансформатора. В схеме дифференциальной защиты он не компенсируется, и дифзащита должна отстраиваться от него для исключения ложной работы при включении трансформатора. Отстройка производится по ранее приведенной формуле (8.3): I СЗ = k н I ном Коэффициент надежности k н определяется в основном типом примененного реле и наличием в нем специальных мер отстройки от броска тока намагничивания. Ток небаланса в схеме дифференциальной защиты . Токи небаланса в схеме дифференци- альной защиты трансформаторов и автотрансформаторов имеют место из-за погрешностей ТТ, из-за изменения коэффициента трансформации защищаемого трансформатора (при регулировании напряжения), из-за неточного выравнивания вторичных токов. Для отстройки дифференциальной защиты от тока небаланса при сквозном КЗ, ее ток срабатывания должен удовлетворять условию:
| I СЗ = k н I нб . рас . | (8.5) |
где k н – коэффициент надежности отстройки, принимаемый равным 1,3. Расчетныйтокнебаланса, определяемыйпогрешностямиТТ, вычисляетсяпоформуле:
| I 1 нб . рас . = k a k одн f I КЗ max | (8.6) | ||
| где | |||
| k а | – | коэффициент, учитывающий влияние на быстродействующие защиты переходных | |
| процессов при КЗ, которые сопровождаются прохождением апериодических со- | |||
| ставляющих в токе КЗ; принимается k а = 1 для реле, имеющих БНТ с коротко- | |||
| замкнутыми обмотками или других средств отстройки от переходных процессов | |||
| при КЗ, и k а = 2 для реле без таких средств; Для микропроцессорных защит так- | |||
| же можно принять k а = 1. | |||
| k одн | – | коэффициент однотипности условий работы ТТ, принимаемый равным 0,5 в тех | |
| случаях, когда ТТ обтекаются близкими по величине значений токами, и равным | |||
| 1 в остальных случаях, для трансформаторов k одн | принимается равным 1 ; | ||
| f = 0,1 | – | погрешность ТТ, удовлетворяющих 10 %-ной кратности (см. п. 4); | |
| I КЗ max – | наибольший ток при сквозном КЗ. | ||
Вторая составляющая тока небаланса определяется изменением коэффициента трансформации защищаемого трансформатора при регулировании напряжения, вычисляется по формулам: − при регулировании на одной стороне трансформатора
| I 2 нб . рас . = ∆ N I КЗ max | (8.7) |
− при регулировании c двух сторон трансформатора
| I 2 нб . рас . = ∆ N BH I КЗ max +∆ N HH I КЗ max | (8.8) |
где ∆ N – половина регулировочного диапазона, для которого производится выравнивание вторичных токов (например, при половине регулировочного диапазона N = ± 10 %, ∆ N = 0,1 ). Третья составляющая расчетного тока небаланса определяется неточностью выравнивания вторичных токов вычисляется по формуле:
| I 3 нб . рас . = | w I pac . − w I | I I КЗ max + | w II pac . − w II | I II КЗ max | (8.9) |
| w I pac . | w II pac . |
где w I pac . , w II pac . – расчетные числа витков выравнивающих обмоток трансформаторов реле для неосновных сторон (сторон с меньшим вторичным током);
| w I , w II | – | принятые числа витков обмоток; |
| I I КЗ max , | I II КЗ max – | наибольшие токи КЗ соответствующих сторон. |
Для двухобмоточного трансформатора формула упрощается:
| I 3 нб . рас . = | w II pac . − w II | I II КЗ max |
| w II pac . |
для стороны трансформатора принятой за основную. Суммарный расчетный ток небаланса состоит из этих трех составляющих I нб . рас . = I 1 нб . рас . + I 2 нб . рас . + I 3 нб . рас .
Обычно при расчете дифференциальной защиты трансформаторов вначале определяется ток небаланса как сумма первых двух составляющих: