Расчет дифференциальной защиты трансформатора: пошаговая инструкция, примеры

Выбор типа защиты

Трансформаторы и автотрансформаторы, в частности, как относящиеся к одному из подвидов, надежны и конструктивно правильны с точки зрения того, что в них не присутствуют вращающиеся и движущиеся части. Это позволяет избежать внешних ударов и сколов, которые привели бы к повреждению внутренней части.

Также использование блока в качестве основного элемента конструкции позволяет избежать перемещений деталей внутри во время смены положения или передвижения. Но несмотря на это во время эксплуатации нельзя полностью защитить тс от нарушения стабильных режимов работы и внутренних повреждений. Для избежания этой проблемы оборудованию придается специальная релейная защита.

Также в конструкции устройства могут возникать короткие фазовые замыкания. При этом может быть действия между одними фазами, расположенными по соседству, или же между одной или двумя на землю. Также распространены проблемы, касающиеся возникновения коротких замыканий между обмотками с разными напряжениями и между витками одной фазы. Возникают кз и на поверхности шин, на вводах и кабелях.

Безусловно, избавление от замыканий и защита от них потенциально убережет специалистов от получения травм, связанных с токовым импульсом. Но и, кроме этого, по технике безопасности говорится, что защита трансформаторов необходима со стороны оберегания самих механизмов от повреждений, загорания, а окружающих предметов от пожаробезопасной ситуации, которая может возникнуть при поломке.

Выбор средств защиты происходит в зависимости от имеющихся проблем. Но в любом случае трансформатор оснащается определенными кожухами, носящими первичный характер. Остальные средства защиты подбирают, судя по мощности, конструкции и типологии возникающих проблем в устройствах данного типа.

Описание и область применения дифференцииальной токовой защиты

Дифференциальная защита является самой быстродейственной для оборудования. Благодаря ее принципу действия стало возможным применение на любых устройствах, как относящихся к типу обычных силовых тс, так и авто.

Но несмотря на преимущества схемы не универсальны. Имеют место быть не на всех устройствах, а удовлетворяющих таким характеристикам:

одиночно работающие устройства с показателями мощности от 6300 кВ на А и более;
функционирующие трансформаторы, расположенные параллельным образом, с мощностными показателями от 400 кВА.

Также используется дифференциальная защита в случае, если мощность устройства около тысяч кВА или может несколько выше, но токовая отсечка, которая также установлена в качестве защитного экрана, не обеспечивает нужного показателя чувствительности. Что касается последнего пункта, то в расчет берут то, что максимальная выдержка должна составлять не больше 1 секунды. Если в данном тс показатель превышен, то берется и дифференциальная защита.

Удобство схемы состоит в том, что она может использоваться при параллельной работе устройств. Если рассматривать обратный принцип работы, то выясняется, что при установке дифференциальной защиты происходит не только быстрое прохождение, но и селективное отключение прибора.

Содержание

1. Исходные данные
2. Расчет уставок дифференциальной защиты трансформатора
2.1 Расчет уставок дифференциальной отсечки (ДЗТ–1)
2.2 Расчет уставок дифференциальной отсечки (ДЗТ–2)

В данной статье будет рассматриваться расчет продольной дифференциальной защиты трансформатора выполненный на терминале «Сириус-Т3» (АО «РАДИУС Автоматика»). Расчет выполнен в соответствии с «Рекомендациями по выбору уставок устройств защиты трансформаторов Сириус-Т и Сириус-Т3» АО «РАДИУС Автоматика».

Виды

Несмотря на то, что дифференциальная защита относится к довольно популярному методу защиты трансформаторов применяться везде она не может. Связано это с тем, что распространяется сфера деятельности на устройства с ограниченными показателем мощности.

Токовая отсечка

Если прибор, в том числе и автомобильный трансформатор, работает при мощности выше 6 300 кВ-А (одиночный) или от 4000 кВ-А (параллельные несколько), то единственно удобным и рациональным способом защиты выступает токовая отсечка.

Действие основано целиком на принципах работы токовой отсечки линий. На вводах при коротком замыкании ток существенно больше, чем со стороны нагрузки. Ток срабатывания отсечки подбирается в зависимости от ее работы при коротком замыкании — она не должна сработать.

В формуле учитываются показатели максимального тока, который проходя через входы передается дальше, коэффициент надежности отсечки (выбирается из табличных данных). Учитывают чувствительность — она характеризуется определенным коэффициентом. Этот показатель не менее двойки.

Газовый

Еще один распространенный способ защиты — газовый. Применяется на различным виде оборудования, но только если присутствует масляное охлаждение с расширителями. Они обязательны с технологической точки зрения для работы таких устройств:

трансформаторы и автотрансформаторы с мощностью от 6 300 кВА и больше;
оборудование с мощностью от 1000 до 4000 кВА, которые не оснащены отсечками и дифференциальной защитой;
приборы с указанными выше показаниями, которые обладают характеристикой максимальной токовой защиты от 1 секунды и более.

Если на трансформаторе со средними мощностными показателями установлена уже другая защита, например, дифференциальная или отсечки, то использование газовой не нужно. Но если устройство работает внутри цеха, его мощность превышает 630, то обязательна газовая защита, даже если другие виды.

От сверхтоков

Используется и методика защиты тс от сверхтоков. Она отключает источники подачи электроэнергии, если наблюдаются повреждения внутренней части механизма, в том числе и выключателей, шин.

Перегрузка обычно симметричная, для ограждения от ее используют максимальную токовую защиту по одной фазе. Если оборудование располагается в обслуживаемом помещении, то выдержка действия на сигнал, в не обслуживаемых — на разгрузку или отключение. Тип установки зависит от количества обмоток. Для двух обмоточных они находятся со стороны основного питания, а для трех обмоточных — на стороне обмотки, где нет питания, и со стороны питания. В случае эксплуатации варианты с трехсторонним питанием используется сразу три прибора на всех сторонах.

Дополнительные трансформаторы тока требуются для защиты от замыканий на корпусе. Он вставляется в заземляющую шину между контуром и корпусом. При этом включается токовое рыле на вторичке.

Обратить внимание стоит на то, что механизм защиты выбирается в зависимости от конструктивных особенностей. Определяющими являются и характеристики мощности, силы тока.

Блоками БМРЗ

Дифференциальную используют в качестве основной быстродействующей. Они необходима для защиты выводов, внутренней конструктивной части. Подключение к блоку БМРЗ происходит по схеме звезда. При этом не учитываются группы и схемы соединения.

Главное, чтоб устройство обеспечивало подачу вторичных токов с положительным направлением (в сторону прибора, для ограждения от короткого замыкания которого они предназначены). Двухфазное подключение делается только в том случае, если в треугольнике нужно подать общий токовый импульс фаз А и С в противофазе. Обратить внимание следует на то, что:

первичные токи не совпадают по фазе, значения их не равны в модуле;
угол сдвига в зависимости от вариации соединения первички и вторички;
различия коэффициентов приводят к усилению неодинаковости вторичных токов;
ограниченное использование промежуточных приборов достигается благодаря выравниванию;
компенсация поворота фазы достигается благодаря перекосу треугольника.

Если короткое замыкание внешнее, то ток проходит только по фазам, соединенным по звезде. Если обмотка в типе треугольник, то токи перемещаются по периметру фигуры, при этом на фазах их нет. Токи нулевой последовательности не учитываются при расчетах.

В блоках ДМРЗ есть два вида защиты: ДТО и ДЗТ. Первый останавливают на показатель усиления небаланса в режиме кз, но в любом случае он не всегда приравнивается по коэффициенту чувствительности. Для обеспечения этой цели используют ДЗТ, который срабатывает, когда наблюдается ток торможения.

Расчет производится программным образом, при этом учитываются собственные токи трансформатора. Ток намагничивания есть только в принимающей напряжение обмотке. Блок ставится раздельно для любого контура. В некоторых случаях эффективней перекрестное блокирование.

Выбор первичных ТТ и ПТН блоков БМРЗ

Используемые ТТ обязаны быть соответствующими требованиями по релейной защите. Отдельно рассматриваются вопросы температурной устойчивости. Проводятся расчеты таких показателей:

максимальный фазный ток, протекающий через устройство;
минимальный фазный ток;
номинальные коэффициенты тока;
рабочий ток средний.

Принимают в расчет среднее знание погрешности максимальной 0,1, если кратность тока не более номинальной, такие же условия к нагрузке. Погрешность минимальная 0,5.

Настройка определяется программой, если при макс. значения тока ПТН не получается подобрать, то выбирают вариант с кратность тока первички в 10 процентов от погрешности и не более 20 процентов.

Дифференциальная токовая отсечка

ДТО влияет на настройку оборудования и обеспечения защиты разных конструктивных узлов. В частности, отстройка обеспечивается от:

БТН;
тока небаланса.

Макс значение принимается из двух возможных для срабатывания отсечки. Выбирается стандартно показатель на уровне четырех или пяти номинальных коэффициентов.

При расчете тока небаланса понимаются во внимания многие характеристики, в том числе и коэффициент отстройки, коэффициент погрешности ТТ при переходе, периодичность тока фазы внешнего давления, максимальное значение погрешности и минимальное, относительные погрешности и токи распределения.

Токовая дифзащита с торможением

Дифференциальная защита вычисляется аналогичны образом. Относительные погрешности определяются как половины диапазона регулирования. Крайние коэффициенты понимают только в том случае, если это не влияет на характеристики чувствительности.

Условия торможения будут различаться в зависимости от того, какое тс используется. Если речь идет о двухобмоточном, то коэффициенты погрешности не учитывают, их принимают равными единицы. Обязательно рассматривают схему соединения обмоток и элементов, только в таком случае возможно правильно подсчитать схемы.

РАСЧЕТ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРА И ИСПЫТАНИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ РЕЛЕ

Транскрипт

1 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ КУРГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра «Энергетика и технология металлов» РАСЧЕТ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРА И ИСПЫТАНИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ РЕЛЕ Методические указания к выполнению лабораторной работы 7 по курсу «Релейная защита систем электроснабжения» для студентов специальности Курган 2007

2 Кафедра: «Энергетика и технология металлов» Дисциплина: «Релейная защита систем электроснабжения» (специальность ) Составил: доцент Шестаков Д.Н. Утверждены на заседании кафедры «31» августа 2006 г. Рекомендованы методическим советом университета 2007 г. 2

3 Лабораторная работа 7 ИСПЫТАНИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ РЕЛЕ Цель работы: расширить и закрепить сведения о дифференциальных токовых защитах трансформаторов, ознакомиться с назначением, принципом действия, конструкцией реле с быстронасыщающимся трансформатором типа РНТ-565 и реле с магнитным торможением типа ДЗТ-11, работа содержит выбор схемы и параметров дифференциальной защиты трансформатора. Общие сведения ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ РЕЛЕ С БЫСТРОНАСЫЩАЮЩИМСЯ ТРАНСФОРМАТОРОМ Дифференциальные реле с быстронасыщающимся трансформатором типов РНТ-565, РНТ-566, РНТ-567 предназначаются для использования в схемах дифференциальных токовых защит двух- и трехобмоточных трансформаторов, автотрансформаторов, генераторов и сборных шин. Реле серии РНТ-560 (рис. 1) состоит из промежуточного быстронасыщающегося трансформатора Т (БНТ), исполнительного органа КА (реле РТ- 40/0,2), резистора R ш для регулировки тока срабатывания и резистора R к для плавной регулировки отстройки от апериодической составляющей. Реле серии РНТ-560 отличаются друг от друга только количеством рабочих обмоток. Магнитная система быстронасыщающегося трансформатора БНТ выполнена трехстержневой. На среднем стержне расположены первичные обмотки дифференциальная w д и две уравнительные: w ур I и w ур II. Здесь же расположена первая секция короткозамкнутой обмотки w’ к ; на крайних стержнях размещены вторичная рабочая обмотка w 2 на левом и вторая секция короткозамкнутой обмотки w» к на правом стержне. Дифференциальная и уравнительные обмотки имеют ответвления и секционированы. Изменение числа витков (через один) можно производить при помощи регулировочных винтов, устанавливаемых в разъемные гнезда. Числа, стоящие у гнезд, соответствуют числу включаемых витков. Быстронасыщающийся трансформатор служит для предотвращения срабатывания защиты от бросков намагничивающего тока, проходящего по дифференциальной цепи при включении силового трансформатора под напряжение (холостой ход трансформатора), а также от увеличенных токов небаланса при переходных режимах, обусловленных внешними КЗ со значительной аперио- 3

4 дической составляющей тока. В указанных случаях наличие апериодической составляющей приводит к тому, что магнитопровод насыщается, уменьшается сопротивление цепи намагничивания, а следовательно, ухудшается трансформация периодической составляющей тока, так как она замыкается в основном по ветви намагничивания. Рис. 1. Устройство реле типа РНТ-565 Короткозамкнутая обмотка (w’ к, w» к ) предусмотрена на магнитопроводе БНТ для лучшей отстройки исполнительного органа защиты от переходных режимов, сопровождаемых появлением в дифференциальной цепи апериодической составляющей тока. Степень отстройки, т. е. загрубление действия выходного реле, можно изменять регулированием сопротивления резистора R к, включенного последовательно в цепь короткозамкнутой обмотки. С уменьшением R к увеличивается степень насыщения стали промежуточного трансформатора и увеличивается надежность отстройки от переходных токов с апериодической составляющей, но время действия реле при КЗ в зоне защиты увеличивается на время затухания апериодической составляющей, содержащейся в токе КЗ. Уравнительные обмотки реле используются для выравнивания магнитных потоков, обусловленных токами, проходящими в плечах дифференциальной защиты. В защите двухобмоточных трансформаторов достаточно использовать одну уравнительную обмотку. В защите трехобмоточных трансформаторов, как правило, необходимо использовать обе обмотки. 4

5 Регулирование тока срабатывания рассматриваемых реле производится изменением числа витков дифференциальной обмотки. Так как параметры исполнительного элемента не изменяются, значение минимального магнитного потока, при котором реле надежно замыкает контакты, постоянно. Магнитодвижущая сила срабатывания, по данным завода, для реле типов РНТ- 565, РНТ-566, РНТ-567 составляет F с.р. = 100 ± 5 А и может быть незначительно изменена с помощью регулируемого резистора R ш, включенного параллельно обмотке исполнительного реле. Ток срабатывания этого реле при синусоидальном токе и нормальной регулировке противодействующей пружины (движок реле установлен на красной черте) равен 0,17 А, а напряжение при этом на обмотке 3,6 В. Вследствие того что F с.р. = I с.р. w д, значение тока срабатывания зависит от числа используемых витков дифференциальной обмотки, т. е. I с.р. = 100 / w д. (1) Значение тока срабатывания при включении только дифференциальной обмотки может изменяться от 2,86 А (замкнуты гнезда 32, 3) до 12,5 А (замкнуты гнезда 8, 0). При включении в дифференциальную цепь последовательно двух обмоток уравнительной и дифференциальной ток срабатывания уменьшается (I с.р. min = 1,45 А). Так, например, при включении реле по схеме на рис. 2 зажимами 4 6 (включена только одна дифференциальная обмотка) и замкнутыми гнездами у цифр 24 и 1 ток срабатывания реле будет I с.р. = 100 / (24 + 1) = 4 А. Если реле подключить в цепь зажимами 1 6 и установить накладку 2 4 (включены последовательно две обмотки), то значение тока срабатывания реле при указанных на схеме замкнутых гнездах окажется I с.р. = 100 / ( ) = 2 А. Проверка МДС срабатывания реле производится по схеме, приведенной на рис. 2, подачей тока в дифференциальную и уравнительную обмотки. При использовании в схеме автотрансформатора или нагрузочного трансформатора для получения синусоидальной формы кривой тока последовательно с обмоткой реле необходимо включить резистор R, минимальные значения сопротивлений которого приведены ниже: Число витков первичной обмотки R, Ом 1,

6 Рис. 2. Схема испытания и схема внутренних соединений реле типа РНТ-565 Проверка коэффициента чувствительности реле наиболее правильно и точно производится путем измерения тока во вторичной обмотке БНТ при изменении тока в первичной обмотке с использованием исполнительного реле как измерителя тока. Этот метод трудоемкий и требует изменения затяжки пружины исполнительного реле. Удобным и практически достаточно точным является метод определения коэффициента чувствительности по току в исполнительном реле. Для проведения работы подвижная система реле закрепляется (заклинивается) в отпавшем положении, соответствующем разомкнутому состоянию контактов. Учитывая, что насыщение магнитопровода БНТ наступает при токах в первичных обмотках, равных примерно (4,5 5) I с.р., производится измерение вторичного тока, т. е. тока в исполнительном 6

7 органе I и.о. при МДС: F = F с.р. ; 2 F с.р. ; 5 F с.р. ; при этом рекомендуется устанавливать максимальным числом витков рабочих обмоток. Коэффициент чувствительности определяется как отношение токов в исполнительном органе при 2 F с.р. ; 5 F с.р к току при F с.р., т. е. Iи. о.(2fс. р.) k ч2 =. (2) Iи. о.( Fс. р.) Iи. о.(5fс. р.) k ч5 = (3) Iи. о.( Fс. р.) У исправных реле полученные значения коэффициентов чувствительности должны быть: k ч2 = 1,2 1,3; k ч5 = 1,35 1,5. Ток в исполнительном органе рекомендуется измерять электромагнитным амперметром типа Э513/4 на пределе 0,5 А. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ РЕЛЕ С МАГНИТНЫМ ТОРМОЖЕНИЕМ Дифференциальные токовые реле с торможением применяются для повышения чувствительности дифференциальных защит трансформаторов, автотрансформаторов и блоков генератор трансформатор, т. е. в тех случаях, когда чувствительность дифференциальной токовой защиты обычного исполнения (без торможения) оказывается недостаточной. Реле с магнитным торможением типа ДЗТ-11 содержит промежуточный быстронасыщающийся трехстержневой трансформатор (рис. 3) и исполнительный орган в виде электромагнитного реле тока типа РТ-40/0,2. На магнитопроводе промежуточного трансформатора расположены обмотки: рабочая РО на среднем стержне, включаемая в дифференциальную цепь защиты; уравнительные УО для выравнивания магнитных потоков, создаваемых токами в плечах дифференциальной защиты (на рис. 3 показана одна уравнительная обмотка); тормозная ТО из двух одинаковых секций на крайних стержнях, включаемых в одно плечо дифференциальной защиты; вторичная ВО из двух одинаковых секций, питающая исполнительный орган, расположена также на крайних стержнях. 7

8 Рис. 3. Устройство реле типа ДЗТ Секции тормозной и вторичной обмоток намотаны и соединены между собой так, что ЭДС, индуктированные магнитными потоками тормозной обмотки, в цепи исполнительного органа компенсируются (действуют встречно), а ЭДС, индуктированные потоками рабочей обмотки, действуют согласно, т. е. I рто = (Е Т1 Е Т2 ) / Z 2 = 0; (4) I рро = (Е Р1 + Е Р2 ) / Z 2. (5) Таким образом, во вторичную цепь (в обмотку исполнительного реле) трансформируется только ток, проходящий по рабочей обмотке. Ток, проходящий по тормозной обмотке, обусловливает только подмагничивание крайних стержней магнитопровода и изменяет магнитную проницаемость. Степень намагничивания, а следовательно, и условия трансформации тока, проходящего по рабочей обмотке, определяются МДС, создаваемой током, проходящим по тормозной обмотке. При нормальном режиме ток, проходящий в плече дифференциальной защиты, мал и, следовательно, мала МДС, создаваемая этим током при помощи тормозной обмотки F Т(н.р) = I Т w Т, трансформатор работает в прямолинейной части характеристик намагничивания. Поскольку ток небаланса в этом режиме также мал, ЭДС, индуктированные во вторичной цепи, не будут вызывать срабатывания исполнительного реле. При внешнем КЗ ток в плече дифференциальной защиты возрастает, увеличивается МДС, определяемая тормозной обмоткой, F Т(к) = I К w Т, что приводит к насыщению крайних стержней магнитопровода. Магнитное сопротивление резко увеличивается, и условия трансформации тока небаланса значительно ухудшаются. Хотя ток 8

9 небаланса в этом режиме возрастает, исполнительное реле не будет срабатывать для его действия необходимо прохождение большего тока по рабочей обмотке трансформатора. Таким образом, с увеличением тока в тормозной обмотке трансформатора ток, необходимый для срабатывания исполнительного реле, автоматически возрастает реле загрубляется (тормозится). При отсутствии торможения и нормальной регулировке исполнительного реле МДС, необходимая для его срабатывания, определяется выражением F с.р. = 100 ± 5 А. Для достижения соответствия значения тока срабатывания исполнительного реле указанному значению МДС без изменения затяжки пружины предусмотрен добавочный резистор R д, включаемый параллельно обмотке исполнительного реле. Отметка местоположения на нем регулировочного движка наносится заводом при фиксированной установке реле в горизонтальной и вертикальной плоскостях. При прохождении тока по тормозной обмотке трансформатора МДС, требуемая для срабатывания исполнительного реле, возрастает. Зависимость МДС срабатывания F с.р. от МДС, создаваемой током в тормозной обмотке при нормальной (заводской) затяжке пружины исполнительного реле, F торм показана на рис. 4 в виде тормозных характеристик F с.р. = f (F торм ). Верхняя кривая соответствует условию совпадения по фазе токов в рабочей и тормозной обмотках (ϕ=0). При ϕ=90 эффект торможения сказывается меньше тормозная характеристика располагается ниже. Рис. 4. Тормозные характеристики реле типа ДЗТ-11 Для регулирования тока срабатывания реле и компенсации неравенства МДС, создаваемых токами в плечах защиты, рабочая и уравнительные обмотки выполнены с отпайками. Необходимое число витков устанавливают регулировочными винтами. Цифры около гнезда указывают число включенных витков. Аналогично включают требуемое число витков тормозной об- 9

10 мотки. Для реле типа ДЗТ-11 количество витков тормозной обмотки может быть 1; 3; 5; 7; 9; 11; 13; 18; 24. КРАТКИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО РАСЧЕТУ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ТОКОВОЙ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРА 1. При выполнении расчета нужно учитывать, что обмотки защищаемого трансформатора соединены в схему Υ / 11. Это определяет схемы соединения трансформаторов тока, используемых в дифференциальной защите. Необходимо уяснить причины появления отдельных составляющих тока небаланса при внешних коротких замыканиях и определение этих составляющих. 2. При составлении схемы защиты необходимо добиться того, чтобы в нормальном режиме и при внешних КЗ через обмотку реле проходил только ток небаланса. 3. При расчете параметров защиты необходимо использовать данные табл. 1. Расчет параметров защиты с реле РНТ-565 производится в следующем порядке Выбирается ток срабатывания защиты. При этом необходимо обеспечить недействие защиты в двух режимах работы защищаемого трансформатора: — при включении трансформатора только со стороны источника питания, когда в момент включения в питающей обмотке трансформатора появляются значительные броски тока намагничивания. Этот ток замыкается через обмотку реле. Поэтому для исключения действия защиты необходимо принять I с.з. = k отс I т.ном (6) — при трехфазных КЗ вне зоны действия защиты (повреждение на шинах низшего напряжения), когда через трансформатор проходит максимальный сквозной ток внешнего короткого замыкания I (3) к.вн.max. При этом в защите проходит максимальный ток небаланса kап kодн ε + U рег + f (3) Iнб. расч. макс = Iк. вн. макс (7)

11 Наименование параметра Значение параметра, варианты Таблица Номинальная мощность трансформатора S т.ном, МВ А Диапазон регулирования напряжения под нагрузкой U рег, % Номинальное напряжение U ном.ср со стороны ВН и ВН НН, кв НН 6,6 38, ,5 6,6 Максимальный сквозной ток через трансформатор при трехфазном КЗ, отнесенный к стороне ВН I (3) к.вн.max, А Ток двухфазного КЗ при повреждении в зоне действия защиты, отнесенный к стороне ВН в минимальном режиме I (2) к.min, А Поэтому для исключения действия зашиты необходимо принять I с.з. = k отс I нб.расч.макс. (8) Для реле РНТ-565 k ап = 1, а погрешность f в первом приближении не учитывается. Поскольку в защите используют разнотипные трансформаторы тока, то принимают К одн = 1. Полная погрешность трансформаторов тока ε = 10 %. С учетом этого выражение (8) для тока срабатывания защиты принимает вид U рег (3) Iс. з. = kотс 0,1 + Iк. вн. макс 100. (9) Здесь U рег диапазон изменения напряжения трансформатора в одну сторону от номинального при регулировании. Таким образом, ток срабатывания определяется из выражений (6) и (9) при к отс = 1,3. В качестве расчетного принимается большее из полученных двух выражений. Далее производится предварительная проверка чувствительности защиты при двухфазном коротком замыкании на выводах за трансформатором (КЗ в зоне действия защиты) в минимальном режиме. 11

12 В этом случае весь ток повреждения проходит через защиту, а коэффициент чувствительности определяется по: ( 2) к. мин I k ч =. (10) I с. з. Если k ч 2, то расчет следует продолжить, если меньше 2, то необходимо применить дифференциальнуюю защиту с торможением Дальнейший расчет параметров зашиты рекомендуется оформить в виде табл.2. Расчетные выражения для сторон Таблица 2 Наименование параметра Высшего напряжения Низшего напряжения (ВН) (НН) 1 Первичный номинальный SТ ном ток трансформатора I т.ном, А I ВН =. S 1 I Т ном НН =. 1 3 U ВН 3 U НН 2 Схема соединения обмоток Υ силового трансформатора 3 Схема соединения трансформаторов Υ тока 4 Коэффициент схемы k cx Расчетный коэффициент kсх I трансформации трансформаторов тока К Т.расч KТ. ВН. р = 5 6 Коэффициент трансформаторов тока К Т., из стандартного ряда (смотри приме- Т. ВН = I K ТТ. ном 5 чание в конце табл.) 7 Вторичные токи в плечах защиты, при номинальной kсх I I 1 2ВН = КТ. ВН мощности трансформатора I 2ном, А 8 Токи срабатывания реле kсх I I с РНТ-565, I с.р., А с. р. ВН = К 9 Выбирается основная сторона защиты. ВН 1ВН. з. ВН Т. ВН K Т. НН. р K Т. НН = I I 2НН с. р. НН k = сх I 5 IТТ. ном 5 kсх I = K k = 1НН Т. НН сх I К 1НН с. з. НН Т. НН Обычно за основную сторону принимается сторона с большим током срабатывания реле I с.р.осн (I с.р.вн или I с.р.нн ) 12

13 10 Расчетное число витков обмотки НТТ реле для основной стороны защищаемого трансформатора 11 Принятое число витков для основной стороны W осн. 12 Расчетное число витков обмотки НТТ реле для неосновной стороны W неосн.расч 13 Принятое число витков обмотоки БНТ реле для неосновной стороны 14 Составляющая первичного тока небаланса I нб.расч.макс. см.выражение (7), обусловленная округлением расчетного числа витков неосновной стороны, I нб., А 15 Первичный расчетный ток небаланса I нб.расч.max. с учетом I нб., А 16 Уточненное значение тока срабатывания реле на основной стороне, А 17 Уточненное значение тока срабатывания защиты на основной стороне (А) Fс. р. Wосн. расч = ; Iс. р. осн F с. р. = 100А Окончание таблицы 2 W осн. принимается ближайшее меньше по отношению к W осн.расч число витков Wосн I W 2осн неосн. расч = I2неосн Токи взяты из пункта 7 с учетом того, какая из сторон принята за основную W неосн. принимается ближайшее целое число f (3) Iнб. = Iк. вн. макс = 100 = ( Wнеосн. расч Wнеосн ) (3) Wнеосн. расч ( ε + U ) Iк. вн. макс рег (3) I нб. расч. макс. = Iк. вн. макс + Iнб 100 Fс. р. Iс. р. осн = Wосн Iс. р. осн KТТ. осн Iс. з. = kсх Здесь К ТТ.осн = К ТТ.ВН (или К ТТ.НН ), a k cx = 3 (или 1) в зависимости от того, какая из сторон принята за основную 18 Действительный коэффициент отстройки k отс I k с з отс =.. Iнб. расч. макс Здесь I нб.расч.max. берется из пункта 15 Примечание. Расчетные коэффициенты трансформации трансформаторов тока К Т.ВН и К Т.НН могут отличаться от стандартных значений. Поэтому после определения коэффициентов по пункту 5 табл.2 необходимо выбрать ближайшие к расчетному значению из следующих стандартных значений: 10/5; 20/5; 30/5; 50/5; 75/5; 100/5; 150/5; 200/5; 300/5; 400/5; 600/5; 800/5; 1000/5; 1200/5; 1500/5; 2000/5; 3000/5; 4000/5; 5000/5; 6000/5. 13

14 Действительный коэффициент отстройки должен быть не менее 1,3, если k отс < 1,3, то следует принять для основной стороны другое число витков W осн., меньшее по отношению к принимавшемуся ранее (см. пункт 11). Затем повторить расчет по пунктам Расчет повторяется до тех пор, пока действительный коэффициент отстройки окажется примерно равным или большим 1,3, полученные при этом числа витков W осн. и W неосн. обмоток БНТ принимаются для установки на основной и неосновной стороне (см. рис. 2) Определяется значение коэффициента чувствительности для уточненного тока срабатывания защиты, соответствующего окончательно принятому значению (см.пункт 17), в режиме двухфазного короткого замыкания на выводах низшего напряжения. Коэффициент чувствительности определить по (10). Он должен быть не менее 2. Порядок выполнения работы 1. Разобраться с особенностями дифференциальной защиты трансформаторов, схемами соединения трансформаторов тока, составляющими тока небаланса. 2. Ознакомиться с принципом действия, конструкцией и регулировкой реле РНТ-565; начертить схему внутренних соединений, записать паспортные данные. 3. Составить схему продольной дифференциальной защиты трансформатора с соединением обмоток Υ / 11, указать токораспределение в ней при трехфазном КЗ в зоне и вне зоны действия защиты. 4. Произвести необходимый расчет защиты согласно варианту, указанному преподавателем (см. краткие методические указания по расчету дифференциальной токовой защиты трансформатора). 5. Установить с помощью регулировочных винтов требуемое расчетом число витков на всех обмотках промежуточного трансформатора (в соответствии с расчетом). 6. Собрав схему по рис. 2, проверить МДС срабатывания на разных уставках, используя сначала только дифференциальную обмотку, а затем совместно дифференциальную и уравнительную. Для этого при заданных положениях регулировочных винтов, плавно увеличивая ток в цепи, зафиксировать минимальное значение тока, при котором контакты реле надежно замыкаются, это значение тока является током срабатывания; результаты за- 14

15 нести в табл. 3. Для каждого измерения подсчитать значение МДС срабатывания F с.р. 7. Сравнить полученные результаты опытов с данными, указанными в справочной литературе; сделать заключение о пригодности реле в эксплуатации. Положение регулировочных винтов Измеряемые величины Таблица 3 w д, вит. w ур I, вит. w уст = w д + w ур I, вит. I с.р., А F с.р. = I с.р. w уст Контрольные вопросы 1. Как настроить реле типа РНТ-565 на заданный ток срабатывания? 2. Назначение уравнительных обмоток в реле типа РНТ Можно ли в реле типа РНТ-565 использовать уравнительные обмотки без дифференциальной? 4. Что такое коэффициент чувствительности реле типа РНТ-565? 5. Каким образом в реле типа РНТ-565 производится отстройка от бросков намагничивающего тока? 6. Чем обусловлено некоторое замедление в действии дифференциальной защиты с реле типа РНТ при КЗ в зоне защиты по сравнению со схемой дифференциальной защиты с токовым реле без БНТ? 565? 7. Каково назначение резисторов R ш, R к в схеме реле типа РНТ- 8. Допустима ли работа реле типа РНТ-565 с разомкнутой цепью короткозамкнутой обмотки? 9. Какова область применения дифференциальных токовых защит с торможением? 10. В чем преимущества и недостатки реле с магнитным торможением типа ДЗТ-11 по сравнению с дифференциальным реле типа РНТ-565? 11. Что такое магнитное торможение и как оно обеспечивается? 15

16 Список литературы 1. Руководящие указания по релейной защите. Выпуск 13Б. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов кв. Расчеты. М.: Энергоатомиздат, С Плащанский Л.А. Основы электроснабжения. Раздел «Релейная защита электроустановок» М.: Изд-во Московского гос. горного ун-та, С Беркович М.А. и др. Основы техники релейной защиты. М.: Энергоатомиздат, С Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. М.: Высшая школа, С Реле защиты. М.: Энергия, С Камнев В.Н. Практические работы по релейной защите и автоматике. М.: Высшая школа, С Барзам А.Б., Пояркова Т.М. Лабораторные работы по релейной защите и автоматике. М.: Энергия, С

17 Шестаков Дмитрий Николаевич РАСЧЕТ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРА И ИСПЫТАНИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ РЕЛЕ Методические указания к выполнению лабораторной работы 7 по курсу «Релейная защита систем электроснабжения» для студентов специальности Редактор Н. Л. Попова Подписано к печати Формат 60х84 1/16 Бумага тип. 1 Печать трафаретная Усл.печ.л. 1,25 Уч.-изд. л. 1,25 Заказ Тираж 100 Цена свободная Редакционно-издательский центр КГУ , г. Курган, ул. Гоголя, 25. Курганский государственный университет. 17

Общие принципы выбора уставок ДЗТ

Когда требуется уменьшить составляющую небаланса используют блоки БМРЗ с отдельными характеристиками. К числу таких относят учет положения прибора. Выделяют типы:

грубые;
чувствительные.

К первому типу установки относят все усредненные регулятивные положения (до половины отклонения). При чувствительных выбирают вариации с отклонениями не более 5 процентов от изначального показателя. Чувствительность увеличивается, если снижать ток при расчете положения трансформатора.

Принцип выбора состоит в поиске верной группы переключения. Условия пользования блоками приведены в инструкциях к устройствам. Современные варианты переключаются автоматически, при этом блок сам ответственен на подачу сигнала. Важно провести такие действия как установку первичного тока, установку сигнала небаланса.

Выбор уставки начального тока срабатывания ДЗТ

На этот этапе важной характеристикой становятся условия отстройки. Они вычисляются от максимального показателя тока небаланса при включенной нагрузке. Учет происходит в режимах двух переключателей. Один раз проверяются данные по грубому, а второй по чувствительному типу. После проводится суммирование показателей и вычисляется среднестатистическое.

Показатели тока меняются в зависимости от количества слоев обмотки. Для двухобмоточных или трехобмоточных вариантов будут разными показатели тока.

Выбор уставки коэффициента торможения второго участка, характеристики

Этот коэффициент вычисляется по формулам условий отстройки в зависимости от тока небаланса номинального, который появляется при токе торможения в окончании последнего участка.

Учитывается тип чувствительности установки — расчеты проводятся дважды. Грубыми принимают в том случае, если регуляции напряжения в источники не происходит и не имеет никакого влияния. Обычно для расчетов принимается значение равное минимальному для ввода.

Выбор уставки коэффициента торможением третьего участка, характеристики

Здесь учитываются условия отстройки срабатывания от тока небаланса при условиях максимальных показателей кз. Для вычисления необходимы данные о коэффициенте увеличения погрешности (он принимается стандартно равным 2,5), фазном токе, максимальной погрешности, номинальном вторичном токовом импульсе.

Проверка чувствительности ДЗТ

Чувствительность вычисляется на выводах, когда функционирование ведется в привычном режиме на ответвлении. По стандартам коэффициент не должен превышать двух. Но в ряде случаев снижение невозможно по техническим причинам. Значение принимается равным 1,5 или около того, если:

мощностные характеристики на выводах низшего тс меньше 800 мва;
если не происходит питание одной из сторон;
при включении под напряжение с одной стороны;
в режиме короткого замыкания за реактором.

Если присутствуют другие защитные механизмы, то ее допустимо не использовать. Все внимание уделяется коэффициенту чувствительности и по его особенностям судят о возможности исключения прибора. Расчет коэффициента проводится в случае, если минеральное значение небаланса более десятой доли единицы.

Выбор уставки сигнализации небаланса

Критерии выбираются таким образом, чтоб коэффициент находится в разумных границах. Учитываются показатели коэффициента отстройки (вкладываются дополнительные 10-20 процентов), а также максимум по временным показателям резервов.

Выбор уставок ДЗТ при наличии ТСН в зоне защиты

Коэффициент в таком случае будет равен 1,5. Учитывают периодичность протекания тока по фазам и показатели нормального тока, который подается на первичную обмотку трансформатора. Дополнительно рассматривают данные о рабочем токе, который возникает в режиме нагрузки.

Выбор уставок блокирования ДЗТ при возникновении БТН

Необходимо учитывать все вышеизложенные инструкции, но, кроме этого, инструкции дополнены другими пунктами. Среди них:

перекрестную блокировку применять только в случаях, если того требуют особенности группы соединения обмоток;
если возможно проследить причины отключения тс и устранить их, то блокирование крест-накрест не используется;
если выявленная причина — недопустимое значение ИПБ для проведения блока, то повторно включают оборудование.

Уставка во времени — около одной секунды для оборудования средней и малой мощности, для больших величин стандартно 2 секунды.

Требования к оформлению результатов расчета

Предъявляются определенные требования к оформлению порядка расчетов. Это позволяет проводить вычисления понятно для других радиолюбителей и специалистов, которые будут использовать информацию позже, если этого потребует ситуация.

Выдается специальный бланк задания. Если речь идет о крупном производстве, то этим вопросом занимаются уполномоченные сотрудники. Если расчет производится самостоятельно, то рекомендуется скачать образцы в интернет. Бланк включает в себя информацию об установках и ключах. Специалисты обязуются руководствоваться схематическими решениями, которые представлены в конкретной инструкции.

Примеры расчета

Двухобмоточный трансформатор

Начинается решение задачи с выяснения показателя от броска тока намагничивания и от тока небаланса. Первый равен произведению коэффициента отстройки на данные о номинальном токе тс. Значение второго тоже произведение из коэффициента запаса и тока небаланса.

Рассчитывается отрицательное положение тока, а ток небаланса включает в себя данные о всех. Учитываются коэффициенты апериодической составляющий и однотипности, трехфазного кз. Далее вычисляется:

ток срабатывания реле;
число витков обмотки ВН;
число витков НН;
коэффициент чувствительности защиты.

Двухобмоточный трансформатор с расщепленной обмоткой НН

Устройство с расщеплением обмотки низкого напряжения рассматривается как два двухобмоточные. При этом обязательным условием является их питание из общей сети.

Данные вносятся в общую схему, расчет проводится по идентичному алгоритму с предыдущим. Исключение составляет лишь последние этапы, когда проводится обозначение числа витков и влияние на это нагрузки.

Трехобмоточный силовой трансформатор

Расчет дифференциальной защиты тс с тремя обмотками будет немного дольше, так как проводится вычленение коэффициентов для каждой схемы. Алгоритм действий такой:

определение первичных номинальных токов для ВН, СН и НН;
определение вторичных номинальных токов, учитывая тип соединения;
выбор рабочих ответвлений;
вычисление расчетного коэффициента небаланса устройства, используя табличные данные;
определение диф тока срабатывания;
чувствительность тормозного показателя.

На последнем этапе определяется, выполняются ли условия сопоставления тока срабатывания в зависимости от приложенной нагрузки. Должно быть более двух.

На понижающих трансформаторах

Понижающие трансформаторы также нуждаются в диф. защите, что и другого типа. Расчет ведется аналогичным образом, то есть сначала вычисляются токи, небаланс, проверяются коэффициенты.

Важно обращать внимание на подключенные нагрузки и их мощностные показатели. При расчете понижающего оборудования — это обязательное условие.

Дифференциальная защита на базе реле РНТ

Дифференциальная защита на базе реле РНТ
Реле с насыщающим трансформатором тока (НТТ) и электромагнитным реле выполнены по схеме циркулирующих токов. При этом в функции НТТ входят:

защита от ложного срабатывания реле под воздействием тока небаланса, скачок которого происходит во время переходных процессов;
компенсация разницы вторичных токов в плечах дифференциальной защиты, обусловленной конструктивными особенностями измеряющих устройств и внешними воздействиями.

Конструкция НТТ: трёхстержневой магнитопровод с удвоенным сечением среднего стержня по сравнению с крайними. На среднем стержне намотаны первичные обмотки; на среднем и правом – обмотки замкнутого контура; на левом стержне – вторичная обмотка, воздействующая на исполнительный орган. Всё это заключено в единый корпус, включающий в себя кожух и цоколь.

Срабатывание защиты (под воздействием тока короткого замыкания) происходит по достижении в стержнях заданной величины индукции: 0,4 Тл для правого и среднего стержней и 1,2 Тл для левого стержня.