Дифференциальная токовая отсечка трансформатора. Принцип действия, пусковые органы, выбор основных параметров

Ответ:«Правила» [1] допускают применение на трансформаторах мощностью до 25 MB-А дифференциальной защиты с обычными реле тока (например, типа РТ-40), отстроенными по току срабатывания от бросков тока намагничивания и переходных значений тока небаланса, если при этом обеспечивается требуемая чувствительность. Достоинством такой защиты, называемой дифференциальной отсечкой, является меньшая стоимость и меньшая сложность при наладке, чем у защиты с реле серий РНТ и ДЗТ.

Ток срабатывания дифференциальной отсечки выбирается по условию отстройки от бросков тока намагничивания трансформатора:

Большой ток срабатывания является главным недостатком дифференциальной отсечки. Дифференциальная отсечка применяется довольно редко и только в тех случаях, когда ее k_ч >= 2. Практически это возможно, если вторичные номинальные токи плеч защиты отличаются друг от друга на несколько процентов и если максимальный и минимальный токи КЗ за трансформатором близки по значению.

Пример 13. Определяется возможность применения дифференциальной отсечки на трансформаторе 4 МВ*А, (35 ± 2x2,5%) кВ/10,5 кВ (рис. 2-31). Токи трехфазного КЗ в максимальном и минимальном режимах одинаковы и равны 680 А, приведенным к напряжению 35 кВ.

Решение. 1. Определяются первичные и вторичные номинальные токи в плечах дифференциальной защиты. При коэффициентах трансформации трансформаторов тока, указанных на схеме (рис. 2-31), они примерно равны: в плече ВН (35 кВ) - 3,8 А, в плече НН (10 кВ) - 3,67 А. Расчет рекомендуется оформлять таблицей, как в предыдущих примерах.

2. Определяется первичный ток небаланса по выражениям (2-35), (2-39) и (2-40). В выражении (2-39) коэффициент, учитывающий переходный режим, принимается k_anep=2. Третья составляющая тока небаланса (при отсутствии специальных устройств для выравнивания вторичных токов)

Для данного примера

3. Определяется первичный ток срабатывания дифференциальной отсечки.

а) По условию (2-36) отстройки от тока небаланса Ic.з >= 1,3 * 193 = 250 А.

б) По условию (2-37), в котором k_н = 3- 4, или по условию (2-57):

Iс.з= (3 - 4) I ном .тр = 196 - 264 А. Принимается Iс.з = 264 А.

4. Коэффициент чувствительности определяется по вторичным токам: по табл. 2-1

Надежность несрабатывания дифференциальной отсечки проверяется после наладки защиты путем пятикратного включения трансформатора под напряжение.

5. Производится расчетная проверка трансформаторов тока в соответствии с указаниями §1-5; в том числе проверка надежности работы реле типа РТ-40 при КЗ на стороне ВН трансформатора в зоне действия дифференциальной отсечки (f <= 50%).

Дифференциальная токовая защита трансформатора с промежуточным быстронасыщающимися трансформаторами. Основные органы, принцип действия, выбор параметров срабатывания с реле типа РНТ-565.

Ответ:Дифференциальная защита применяется в качестве основной быстродействующей защиты трансформаторов и автотрансформаторов. Ввиду ее сравнительной сложности дифференциальная защита устанавливается не на всех трансформаторах (автотрансформаторах), а лишь в следующих случаях:
– 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 (kЧ При параллельной работе трансформаторов (автотрансформаторов) дифференциальная защита обеспечивает не только быстрое, но и селективное отключение поврежденного трансформатора (автотрансформатора), что поясняется на рисунке 1.
Если параллельно работающие трансформаторы Т1 и Т2 имеют только максимальные токовые защиты, то при повреждении, например, в точке К на вводах низшего напряжения трансформатора Т1 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 трансформаторы тока со стороны всех его обмоток, как показано на рисунке 2 для двухобмоточного трансформатора. Вторичные обмотки соединяются в дифференциальную схему и параллельно к ним подключается токовое реле. Аналогично выполняется дифференциальная защита автотрансформатора.

Рисунок 1 – Прохождение тока к.з. и действие максимальной токовой защиты при повреждении одного из параллельно работающих трансформаторов (автотрансформаторов).

При рассмотрении принципа действия дифференциальной защиты условно принимается, что защищаемый трансформатор имеет коэффициент трансформации, равный единице, одинаковое соединение обмоток и одинаковые трансформаторы тока с обеих сторон.
Если схема дифференциальной защиты выполнена правильно и трансформаторы тока имеют точно совпадающие характеристики, то при прохождении через трансформатор тока нагрузки или тока сквозного к.з. ток в реле дифференциальной защиты трансформатора отсутствует. Следовательно, дифференциальная защита трансформатора, так же как дифференциальная защита линий, на такие режимы не реагирует.

Рис. 9-2. Принцип действия дифференциальной защиты трансформатора (автотрансформатора):
а — токораспределение при сквозном к.з.; б — токораспределение при к.з. в трансформаторе (в зоне действия дифференциальной защиты)

При к.з. в трансформаторе или любом другом месте между трансформаторами тока направление токов I1 и I2 изменится на противоположное, как показано на рисунке 2, б. Т.е. в зоне дифференциальной защиты в реле проходит полный ток к.з., деленный на коэффициент трансформации трансформаторов тока. Под влиянием этого тока защита срабатывает и производит отключение поврежденного трансформатора.
Дифференциальной отсечкой называется дифференциальная защита мгновенного действия, имеющая ток срабатывания больше броска намагничивающего тока. Принципиальная схема дифференциальной отсечки двухобмоточного трансформатора приведена на рисунке 3.
Броски намагничивающего тока в первый момент включения трансформатора могут иметь большие значения и даже превышать ток срабатывания дифференциальной от сечки, выбранный с указанным коэффициентом надежности отстройки. Однако эти токи очень быстро затухают, что дает возможность отстроиться от них за счет собственного времени действия реле дифференциальной отсечки. Для этого в схеме дифференциальной отсечки применяют выходное промежуточное реле (реле У на рисунке 3) типа РП-251, которое имеет время срабатывания 0,07—0,08 с.

Рисунок 3 – Принципиальная схема дифференциальной отсечки двухобмоточного трансформатора.

Основным достоинством дифференциальной отсечки является простота схемы и быстродействие. Недостатком является большой ток срабатывания, вследствие чего защита в ряде случаев оказывается недостаточно чувствительной.
Принципиальные схемы дифференциальной защиты с реле РНТ-565 приведены на рисунке 4.
Быстронасыщающийся трансформатор реле РНТ-565 является одновременно и промежуточным трансформатором для компенсации неравенства вторичных токов в плечах дифференциальной защиты и имеет для этой цели специальные уравнительные обмотки. Ток во вторичной обмотке БНТ, к которой подключено реле, определяется суммарным магнитным потоком в сердечнике, который создается как рабочей, так и уравнительными обмотками. Для того чтобы при прохождении через трансформатор сквозного тока нагрузки или к.з. ток во вторичной обмотке был равен нулю, необходимо правильно включить рабочую и уравнительные обмотки в дифференциальную схему и так подобрать число витков обмоток, чтобы компенсировать неравенство вторичных токов трансформаторов тока и установить необходимый ток срабатывания.

Рисунок 4 – Принципиальная схема токовых цепей дифференциальной защиты двухобмоточного трансформатора с реле типа РНТ-565 (РНТ-562).

При выполнении дифференциальной защиты двухобмоточного трансформатора (рисунок 4) цепи от трансформаторов тока с обеих его сторон присоединяются к уравнительным обмоткам У1 и У2 так, чтобы при прохождении через трансформатор сквозного тока токи в уравнительных обмотках были направлены встречно. В принципе для компенсации неравенства вторичных токов трансформаторов тока можно было бы использовать только одну уравнительную обмотку БНТ. Однако при использовании обеих обмоток обеспечивается более точная компенсация неравенства вторичных токов.

Дифференциальная токовая защита трансформатора с применением реле, имеющих торможение. Основные органы, принцип действия, выбор параметров срабатывания. Принцип действия реле типа ДЗТ.

Ответ:Для повышения чувствительности продольных дифференциальных защит широко используется принцип торможения сквозным (циркулирующим) током [3]. Как видно из схемы дифференциальной защиты с торможением (рис. 2-24,а), при внешнем (сквозном) КЗ этот ток (кк-макс.вн) проходит по тормозной обмотке дифференциального реле (ют). В это же время по дифференциальной (рабочей) обмотке реле (шр) проходит ток небаланса (Ьнб)- МДС рабочей обмотки направлена на срабатывание реле, тормозной обмотки - на увеличение тока срабатывания реле, предотвращающее его срабатывание при внешних КЗ. Для обеспечения несрабатывания реле при внешних КЗ на тормозной обмотке реле должно быть включено число витков:

где Iк.макс.вн _ периодическая слагающая тока (при t = 0 с) при расчетном внешнем трехфазном КЗ на той стороне трансформатора, где включена тормозная обмотка, в максимальном режиме работы системы и с учетом влияния РПН трансформатора (§ 2-2); Iнб - ток небаланса (первичный), определяемый по выражениям (2-35), (2-39)-(2-41); ω_р -расчетное число витков рабочей обмотки реле на стороне, где включена тормозная обмотка; k_н -коэффициент надежности, учитывающий ошибку реле и необходимый запас, принимается равным 1,5; tgα - тангенс угла наклона к оси абсцисс касательной, проведенной из начала координат к характеристике срабатывания реле (тормозной), соответствующей минимальному торможению (кривая 2 на рис. 2-25), для реле ДЗТ-1 (снятых с производства) принимается равным 0,83, для реле ДЗТ-11 - 0,75-0,8. Для других реле этой серии tgα может быть значительно меньше и должен определяться по заводским или снятым экспериментально тормозным характеристикам:

Тормозные характеристики реле ДЗТ-11 (рис. 2-25) построены при нормальной затяжке противодействующей пружины для таких углов между рабочим (Iр) и тормозным (Iт) токами в реле, при которых обеспечивается максимальное (кривая 1) и минимальное (кривая - 2) торможение. Область, расположенная ниже характеристики 2, является областью надежного несрабатывания реле; область, расположенная выше характеристики 1, - областью надежного срабатывания. При этом для обеспечения чувствительности защиты точка, соответствующая расчетным случаям КЗ в зоне действия защиты и определяемая величинами Fp и Fт, должна находиться не менее чем на 10 % своих координат выше характеристики 1.

При КЗ в зоне действия защиты (при одностороннем питании) по рабочей и тормозной обмоткам проходит один и тот же ток (рис. 2-24,6), т.е. Iр = Iт. Однако выбранное по выражению (2-48) соотношение чисел витков рабочей и тормозной обмоток (ω_р > ω_т) должно обеспечивать преобладание рабочей МДС ( Fp > Fт) и, следовательно, надежное срабатывание реле.

Выбор места включения тормозной обмотки. При выполнении дифференциальной защиты понижающих трансформаторов с реле, имеющими одну тормозную обмотку, при одностороннем питании трансформатора имеется возможность исключить влияние тормозной обмотки при КЗ в зоне действия защиты. Для этого на двухобмоточных понижающих трансформаторах тормозная обмотка должна включаться в плечо дифференциальной защиты не со стороны питания (как показано на рис. 2-24 для пояснения принципа действия защиты), а в плечо противоположное.

На трехобмоточных понижающих трансформаторах с односторонним питанием рекомендуется выбирать место включения тормозной обмотки таким образом, чтобы определяющим для выбора тока срабатывания было условие (2-37) отстройки от броска тока намагничивания при включении трансформатора под напряжение:

где k_н = 2,1 — 3,7х_к* (пояснения даны в § 2-4, расчет - в примере 10), наибольшее значение k_н= 1,5, наименьшее — 1).

Для этого тормозная обмотка включается, как правило, в плечо той стороны трансформатора, где внешнее КЗ вызывает больший ток (сторона, имеющая сопротивление обмотки трансформатора, равное примерно нулю). Если же отстройка от тока небаланса при КЗ на другой стороне требует увеличения Iс.з больше чем 1,5Iном.тр, рекомендуется включить тормозную обмотку реле ДЗТ -11 (ДЗТ-1) на сумму токов плеч защиты питаемых сторон (пример 11).

Включение тормозной обмотки этих реле в плечо со стороны питания не рекомендуется, поскольку при больших токах в случае КЗ на стороне питания и при отношении чисел витков тормозном и рабочей обмоток более 0,4 может существенно снизиться кратность тока в исполнительном органе, что вызовет отказ защиты.

Для трансформаторов с РПН при Δ U_РПН= ±16% отношение ω_тω_р>= 0,4 является типичным. Действительно, даже без учета регулирования напряжения на стороне среднего напряжения и без учета составляющей I'"нб расчетное значение Iнб = I'нб +I"нб= (0,1 ± 0,16) Iк.макс.вн = 0,26Iк.макс.вн и по формуле (2-48) ω_т= 1,5*0,26*ω_р/0,8 = 0,49ω_р. Как видно из зависимостей кратности вторичного тока (в исполнительном органе) I_2* от кратности первичного тока I_1* для реле ДЗТ-11 (рис. 2-26), при реле может отказать уже при I_1*>= 25. Этому значению соответствует при n_т =100/5 Iк >= 2500 А, при n_т =150/5; Iк>=3750 Аи т.п., где Iк - ток при КЗ на выводах трансформатора со стороны питания. Такие значения токов вполне вероятны для современных распределительных сетей 110 и 35 кВ. Поэтому включение тормозной обмотки реле ДЗТ-11 со стороны питания допустимо только после проверки надежности работы реле при Iк.макc, при трехфазном КЗ на этой стороне в зоне действия защиты (рис. 2-26). Расчет чисел витков остальных обмоток реле ДЗТ-11 (кроме тормозной) производится так же, как для реле РНТ (§ 2-4).