ТИПОВЫЕ СХЕМЫ СОЕДИНЕНИЯ ОБМОТОК ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

В данной статье речь пойдет о типовых схемах соединений обмоток трансформаторов тока (ТТ) и реле.

В трехфазных электрических сетях переменного тока всех классов напряжения ТТ для питания устройств РЗ устанавливаются в двух или в трех фазах: как правило, в сетях 6 и 10 кВ с малыми токами замыкания на землю в двух фазах (А и С), в сетях 35 кВ и обязательно в сетях 110 кВ и выше в трех фазах. Все три фазы оснащаются ТТ и в сетях напряжением до 1 кВ, если они работают с глухозаземленной нейтралью.

При выполнении токовых защит используются следующие четыре схемы соединения вторичных обмоток ТТ и токовых цепей реле тока [Л1, с.41]:

• полная звезда (трехфазная, трехрелейная);
• неполная звезда (двухфазная, двухрелейная);
• неполная звезда с реле в обратном проводе (двухфазная, трехрелейная);
• включение реле на разность токов двух фаз (двухфазная, однорелейная).

Схемы характеризуются отношением тока в реле lр к вторичному I2 току ТТ, называемым коэффициентом схемы.

Что такое трансформатор тока

Трансформаторами тока называют электрические приборы, которые используют в сильноточных цепях с целью проведения безопасных измерений тока, а также для подключения защитных устройств с малым внутренним сопротивлением.

Конструктивно такие устройства представляют собой маломощные трансформаторы, последовательно включаемые в цепь электрического оборудования, где присутствует напряжение среднего и высокого уровня. Во вторичной цепи прибора снимают показания.

Стандартами на трансформаторы тока нормируются такие технические показатели устройств:

• Коэффициент трансформации.
• Фазовый сдвиг.
• Прочность изоляционного материала.
• Величина нагрузочной способности во вторичке.
• Маркировка клемм.

Главное правило, которое нужно помнить, собирая схему соединения обмоток трансформатора тока – недопустимость холостого хода во вторичной цепи. Исходя из этого можно выбрать такие режимы работы для ТТ:

• Подключение сопротивления нагрузки.
• Работа при коротком замыкании (КЗ).

Что такое трансформатор напряжения

Отдельная группа трансформаторов, применяемая в сетях переменного тока напряжением свыше 380 В. Основная задача устройств – осуществление питания приборов измерительного назначения (ИП), схем релейной защиты и гальваническая развязка оборудования от высоковольтных линий в целях безопасности обслуживающего персонала.

Конструктивное исполнение ТН принципиально не отличается от ТС. Они понижают напряжение до 100 В, которое уже поступает на ИП. Шкалы приборов градуируют, учитывая коэффициент трансформации измеряемого напряжения на первичной обмотке.

Схема выполнения реле на разность токов 2 фаз.

В схемах с включением реле на полные токи фаз токи в реле Iр в общем случае отличаются от вторичных фазных токов I2ф измерительных преобразователей. Это отличие характеризуется коэффициентом схемы: kcx =Iр/I2ф, который может зависеть от режима работы защищаемого элемента. Если ток I2ф выразить через первичный ток I1ф и коэффициент трансформации KI измерительного преобразователя, то kcx = Iр *KI / I1ф.

Это соотношение справедливо также для тока срабатывания реле Iс.р и тока срабатывания защиты Iс.з, т. е. kcx =Iс.р*KI/Iс.з. При определении токов срабатывания обычно рассматривается симметричный режим.

Схема на разность токов двух фаз.

Ток реле равен геометрической разности токов двух фаз

Достоинство: 1. Экономичность. Используется только одно реле.

Недостатки: 1. Различная чувствительность при различных видах КЗ; 2.Данная схема отказывает в действии при некоторых вида двухфазных КЗ.

МТЗ. Варианты исполнения.

МТЗ – максимальная токовая защита реагирующая на увеличение тока сверх определенного значения. В сетях до 1 кВ МТЗ выполняется с использованием предохранителей, электромагнитных и тепловых расцепителей автоматов. Выше 1 кВ тоже применяются предохранители (ТП 10/0,4 и 35/10) и релейные схемы. Применение релейных схем позволяет сделать защиту более надежной, чувствительней. МТЗ на релейных схемах выполняются на реле прямого и косвенного действия, по трех или двухфазным схемам, на постоянном или переменном токе.

Технические исполнения могут быть:

— с реле РТВ и РТМ, вторичные реле прямого действия встраиваемые в привод выключателя.

— с использованием вторичных реле косвенного действия РТ, ЭВ, РП

МТЗ Принцип действия.

МТЗ — вид релейной защиты, действие которой связано с увеличением силы тока в защищаемой цепи при возникновении короткого замыкания на участке данной цепи. Данный вид защиты применяется практически повсеместно и является наиболее распространённым в электрических сетях.

Принцип действия МТЗ аналогичен принципу действия токовой отсечки. В случае повышения силы тока в защищаемой сети защита начинает свою работу. Однако, если токовая отсечка действует мгновенно, то максимальная токовая защита даёт сигнал на отключение только по истечении определённого промежутка времени, называемого выдержкой времени. Выдержка времени зависит от того, где располагается защищаемый участок. Наименьшая выдержка времени устанавливается на наиболее удалённом от источника участке. МТЗ соседнего (более близкого к источнику энергии) участка действует с большей выдержкой времени, отличающейся на величину, называемую ступенью селективности. Ступень селективности определяется временем действия защиты. В случае к.з. на участке срабатывает его защита. Если по каким-то причинам защита не сработала, то через определённое время (равное ступени селективности) после начала короткого замыкания сработает МТЗ более близкого к источнику участка и отключит как повреждённый, так и свой участок. По этой причине важно, чтобы ступень селективности была больше времени срабатывания защиты, иначе защита смежного участка отключит как повреждённый, так и рабочий участок до того, как собственная защита повреждённого участка успеет сработать. Однако важно так же сделать ступень селективности достаточно небольшой, чтобы защита успела сработать до того, как ток короткого замыкания нанесёт серьёзный ущерб электрической сети.

Уставку выбирают, исходя из наименьшего значения тока короткого замыкания в защищаемой. Однако при выборе уставки следует так же учитывать характер работы защищаемой сети. Например, при самозапуске электродвигателей после перерыва питания, значение силы тока в сети может быть выше номинального, и защита не должна его отключать.

Реализуется МТЗ, как правило, с помощью реле тока. Реле тока могут быть как мгновенного действия, так и срабатывающие с выдержкой времени, определяемой величиной тока, в этом случае для обеспечения необходимой выдержки времени дополнительно используют реле времени. В современных схемах релейной защиты и автоматики чаще всего используются микропроцессорные блоки защиты, которые сочетают в себе свойства этих реле.

МТЗ. Расчет уставки по току

Максимальная токовая защита (МТЗ)— вид релейной защиты, действие которой связано с увеличением силы тока в защищаемой цепи при возникновении короткого замыкания на участке данной цепи. Данный вид защиты применяется практически повсеместно и является наиболее распространённым в электрических сетях.

Принцип действия МТЗ аналогичен принципу действия токовой отсечки. В случае повышения силы тока в защищаемой сети защита начинает свою работу. Однако, если токовая отсечка действует мгновенно, то максимальная токовая защита даёт сигнал на отключение только по истечении определённого промежутка времени, называемого выдержкой времени. Выдержка времени зависит от того, где располагается защищаемый участок. Наименьшая выдержка времени устанавливается на наиболее удалённом от источника участке. МТЗ соседнего (более близкого к источнику энергии) участка действует с большей выдержкой времени, отличающейся на величину, называемую ступенью селективности. Ступень селективности определяется временем действия защиты. В случае короткого замыкания на участке срабатывает его защита. Если по каким-то причинам защита не сработала, то через определённое время (равное ступени селективности) после начала короткого замыкания сработает МТЗ более близкого к источнику участка и отключит как повреждённый, так и свой участок. По этой причине важно, чтобы ступень селективности была больше времени срабатывания защиты, иначе защита смежного участка отключит как повреждённый, так и рабочий участок до того, как собственная защита повреждённого участка успеет сработать. Однако важно так же сделать ступень селективности достаточно небольшой, чтобы защита успела сработать до того, как ток короткого замыкания нанесёт серьёзный ущерб электрической сети.

Уставку (или величину тока, при которой срабатывает защита) выбирают, исходя из наименьшего значения тока короткого замыкания в защищаемой сети (при разных повреждениях токи короткого замыкания отличаются). Однако при выборе уставки следует так же учитывать характер работы защищаемой сети. Например, при самозапуске электродвигателей после перерыва питания, значение силы тока в сети может быть выше номинального, и защита не должна его отключать.

В ряде случаев эти защиты обеспечивают более высокую селективность за счет применения дополнительных блокировок. Так, например, микропроцессорными защитами может быть улучшена отстройка от пусковых токов мощных электродвигателей за счет изменения уставки на время протекания пускового тока (режим «пуск-наброс»). Возможно изменение уставки МТЗ для быстрого отключения объекта при включении питающей линии на неустраненное предыдущее КЗ.

Уставка токового реле для одноступенчатой максимальной токовой защиты определяется током нагрузки и вычисляется по формуле:

где IС3 — ток срабатывания защиты, А;

IнМАКС — максимальный ток нагрузки, А;

kн — коэффициент надежности;

kСЗАП — коэффициент самозапуска;

kВ — коэффициент возврата.

Коэффициент надежности — расчетная величина, определяется ожидаемой неточностью настройки реле, временным и температурным уходом от первоначальной настройки и некоторыми другими факторами. Для реле типа РТ-40, РТ-80, РТ-90 находится в пределах 1,1-1,2.

Коэффициент самозапуска определяется характером нагрузки, то есть повышенным потреблением двигательной нагрузки при восстановлении питания после перерыва.

Коэффициент возврата определяется из выражения:

где IВ — ток возврата реле;

IСР — ток срабатывания реле.

Коэффициент возврата определяется техническими характеристиками реле и реализуется качеством его наладки.

Полученный из выражения (4-1) ток срабатывания защиты должен обеспечивать чувствительность защиты при коротких замыканиях в наиболее удаленной точке защищаемого участка сети:

где Iк.мин- минимальный ток КЗ в конце защищаемого участка сети.

Для основной защиты принимается kч,>1,5. Если это не выполняется, могут быть приняты другие схемные решения (например, замена максимальной токовой защиты на дистанционную). В некоторых случаях необходимый коэффициент чувствительности может быть получен за счет регулировки коэффициента возврата токового реле в допустимых пределах.

МТЗ. Расчет выдержки времени

При коротком замыкании ток в линии увеличивается. Этот признак используется для выполнения токовых защит. Максимальная токовая защита (МТЗ) приходит в действие при увеличении тока в фазах линии сверх определенного значения.

Токовые защиты подразделяются на МТЗ, в которых для обеспечения селективности используется выдержка времени

, и
токовые отсечки
, где селективность достигается выбором тока срабатывания. Таким образом, главное отличие между разными типами токовых защит в способе обеспечения селективности.

Выдержка времени защиты

Для обеспечения селективности выдержки времени МТЗ выбираются поступенчатому принципу. Разница между временем действия защит двух смежных участков называется ступенью времени (ступенью селективности): Dt=t2–t1.

Ступень времени Dt должна быть такой, чтобы при КЗ на линии w2, МТЗ II (рис. 4.2.1) не успевала сработать.

Определение ступени селективности Dt:

При КЗ в точке К защита I работает в течение времени: tзI=tввI+tпI+tвI, где tввI – выдержка времени защиты I; tпI – погрешность в сторону замедления реле времени защиты I; tвI – время отключения выключателя Q1.

Условие несрабатывания защиты II при КЗ на линии w2: tввII>tввI+tпI+tвI

Выдержка времени защиты II может быть определена как: tввII=tввI+tпI+tвI+tпII+tзап, где tпII – погрешность в сторону снижения выдержки времени защиты II; tзап – время запаса. Таким образом, минимальная ступень времени Dt может быть вычислена как: Dt=tввII – tввI=tпI+tвI+tпII+tзап.

По формуле определяется ступень времени для защит с независимой характеристикой времени срабатывания от тока. Рекомендуется принимать Dt =0,35…0,6 с. Выбор времени действия защит:

расчет начинается от МТЗ, установленных у потребителей электроэнергии tвв(n)= tвв(n–1)+ Dt

t1=0; t2=0,5с; t3=1с; t4=1,5с; t5=2с.

Что такое силовой трансформатор

Основные электрические машины, используемые на подстанциях и в быту – это силовые трансформаторы. Они выполняют роль преобразователей напряжения одной величины в другую, сохраняя при этом форму электрического сигнала. Бывают понижающие и повышающие электрические машины.

ТС бывают трехфазными и однофазными на две или три обмотки. Трехфазные обычно применяют для перераспределения энергии в мощных электрических сетях, однофазные можно встретить в любой бытовой аппаратуре, например, блоках питания.

Схемы подключения обмоток ТТ

Существуют такие базовые схемы соединения вторичных обмоток трансформатора тока при питании защитных релейных устройств:

1. Схема полной звезды. В этом случае во всех силовых фазных линиях коммутируют трансформаторы тока. Вторичные их обмотки соединяют схемой звезды с релейными обмотками. В точку нуля должны сходиться все клеммы ТТ одноименного значения. По такой схеме на короткое замыкание (КЗ) любой фазы будет реагировать свое реле. Если произойдет КЗ на земляной шине, то в звезде (в проводе нуля) сработает реле.

2. Схема соединения обмоток трансформатора в неполную звезду. Такой вариант предполагает установку ТТ не на все фазы, только на две. Обмотки вторичные соединяют также с реле звездой. Такая схема эффективно действует только при закорачивании между фазами. При КЗ фазы на ноль (где не был установлен ТТ) система защиты не сработает.

3. Схема треугольник – на трансформаторах, звезда – на реле. Здесь ТТ своими разноименными клеммами вторичных обмоток последовательно соединяют треугольником. Вершины этого треугольника переходят к лучам звезды, где реле устанавливают. Применяется при таких видах защиты схема как дистанционная и дифференциальная.

4. Схема соединения ТТ по принципу двух фаз разности. Схема только на междуфазные реагирует КЗ при чувствительности необходимой.

5. Схема нулевой последовательности фильтрации токов.

Проект РЗА

Схемы с двумя трансформаторами тока на присоединение (схема неполной звезды) одни из самых распространенных в сетях 6-35 кВ. Раньше такие схемы применяли в проектах по умолчанию на большинстве присоединений, начиная с линии и заканчивая трансформаторами 35/6 кВ.
В действительности схема неполной звезды обычно имеет такую же чувствительность, как и схема полной, если вы применяете трехрелейную РЗА.

Однако, есть один вид повреждения, при котором данная схема включения релейной защиты может привести к очень неприятным последствиям. Об этом и поговорим в сегодняшней статье.

Как вы, наверное, догадались этот вид повреждения – двойное замыкание на землю. Причем к проблемам приводит только один тип распределения точек замыкания, именно тот, что указан на Рис. 1

Рис. 1. Вариант двойного замыкания на землю в сетях 6-35 кВ

Развитие аварии может иметь следующий вид:

— Сначала происходит однофазное замыкание на землю на фазе А (или С) в вышестоящей сети. ОЗЗ не является аварийным режимом и может существовать в сети достаточно долго (на время поиска “земли”);

— Несмотря на отсутствие токов КЗ изоляция здоровых фазы, в том числе фазы B, находятся под действием линейных напряжений. Из-за перенапряжения происходит пробой изоляции фазы В в нижестоящем РУ (например, шины или разделка отходящего кабеля);

— Получаем двойное замыкание на землю через фазы А (или С) и В, причем эти точки находятся на разных уровнях распределения. Нижестоящая защита ввода, выполненная по двухтрансформаторной схеме, не фиксирует ток двойного замыкания на землю несмотря на то, что это уже аварийный ток;

— Двойное замыкание отключается вышестоящей защитой.

Думаю, ситуация понятна. На практике такие случаи хоть и относительно редки, но все же встречаются.

Первый вопрос в том, что имеет место быть неселективное отключение присоединения (если бы сработала защита ввода, то двойное замыкание опять перешло бы в ОЗЗ, с которым типа можно работать). Но это не самое страшное.

Гораздо хуже то, что отключение происходит с выдержкой времени, которой быть не должно. Если второе замыкание было на шинах, то, например, не отработает ЛЗШ.

Еще хуже, если замыкание дуговое – у вас просто не сработает дуговая защита (вспышка есть, а тока нет). Выдержка МТЗ на линейном выключателе сверху может быть 1-1,5 секунды, за которое дуга разрушит ячейку, а то и всю секцию.

Таким образом, не стоит применять двухтрансформаторные схемы на вводах и СВ. На линиях и других присоединениях это не так критично потому, что дуговая защита обычно не пускается от их МТЗ.

Также стоит проанализировать влияние этого фактора на проверку термической стойкости экранов одножильных кабелей из СПЭ, отходящих от подобной подстанций (с РЗА по схеме неполная звезда), в случае второго замыкания на кабеле.

Экраны таких кабелей проверяют именно по двухфазному замыканию на землю и здесь нужно правильно определить время отключения. Возможно оно окажется гораздо выше, чем время собственной МТЗ. Но об этом как-нибудь в другой раз.

Схемы соединения обмоток трансформатора напряжения

Касаемо ТН, когда они питают релейные защиты и измерительное оборудование, используют как междуфазное напряжение, так и линейное (между фазой и землей). Самые часто используемые схемы – по принципу открытого треугольника и неполной звезды.

Треугольник применяют, когда есть необходимость двух или трех междуфазных напряжений, звезду при соединении трех ТН, если одновременно используют фазные и линейные напряжения при измерениях и защите.

Для электрических устройств с двумя дополнительными вторичными обмотками применяют схему включения, где основные обмотки первичного и вторичного назначения соединены звездой. При помощи разомкнутого треугольника собраны дополнительные обмотки. Такой схемой можно получить напряжение 0-вой последовательности для реагирования релейной системы на КЗ в цепи с заземленным проводом.

Схемы соединений трансформаторов тока. Коэффициент схемы.

Назначение ТН. Схемы соединений ТН.

Информацию о контролируемом напряжении ИО РЗ получа­ют от первичных трансформаторов напряжения (ТН). Основны­ми параметрами ТН (рис. 6.1) являются: номинальное первичное напряжение U1ном (равное номинальному напряжению контро­лируемой электрической сети), вторичное номинальное напря­жение U2HOM, значение которого обычно принимается равным 100 или 100/ В. Отношение этих величин, называемое номи­нальным коэффициентом трансформации, КUном = U1ном / U2ном [24].

Начала и концы первичных и вторичных обмоток ТН Н (н) и К (k)

обозначаются изготовителями так же, как и у силовых трансформаторов: у первичной обмотки буквами
А и X, у
вто­ричной соответственно а и
х.
Для питания устройств РЗ ис­пользуются в большинстве случаев ТН, установленные на сборных шинах ПС и РУ электростанций, к вторичным обмот­кам которых подключаются РЗ всех присоединений (рис. 6.2, а), или на каждом присоединении, питающие РЗ только этого присоединения.

Первый способ экономичнее второго, так как требует меньше ТН, но его недостаток состоит в том, что при необходимости произвести переключение присоединения с одной системы шин на другую требуется переключение цепей напряжения РЗ на ТН другой системы шин. Такое переключение делается автоматически с помощью вспомогательных контактов QS,

установленных на ножах разъединителей, как показано на

рис. 6.3, или управляемыми ими реле-повторителями. Эту опе­рацию можно выполнить вручную — специальными рубильни­ками.

Слабым местом автоматического переключения являются вспомогательные контакты, отказ которых приводит к непра­вильной работе устройств РЗ. Недостаток второго способа со­стоит в том, что не исключается ошибка лица, проводящего переключения, а его преимуществом является большая надеж­ность цепей. При использовании ТН присоединений в случае перевода соответствующего присоединения на другую систе­му шин никаких операций в цепях напряжений не требуется.

Автоматический способ переключения цепей напряжения обычно применяется на ЭС и на крупных ПС с большим числом присоединений.

Отсечки с выдержкой времени

Мгновенная отсечка защищает только часть ЛЭП; чтобы вы­полнить РЗ всей ЛЭП с минимальным временем действия, применяется отсечка с выдержкой времени (см. рис. 5.2, б). Зона и время действия такой отсечки 1 (рис. 5.7, о, б) согласу­ются с зоной и временем действия мгновенной отсечки 2 так, чтобы была обеспечена селективность.

Для выполнения этих условий время действия РЗ t31 отсеч­ки 1 выбирается на ступень t больше t32 отсечки 2:

t31 = t32 + t. (5.5)

В зависимости от точности реле времени отсечки 1t3 = 0,3 0,6 с. Зона действия отсечки 1 должна быть короче зоны работы отсечки 2 (рис. 5.7, в).

В сети с односторонним питанием согласование зон дейст­вия РЗ 1 и 2 обеспечивается при выполнении условия

Ic..з1 = kотсIс.з2, (5,6) где kOTC = 1,1 1,2. Зона действия отсечки 1 (AN на рис. 5.7, а) находится графически.

В сети с двусторонним питанием токи IК1 и IК2, проходящие через отсечки 1 и 2, неодинаковы (рис. 5.8): IК2 > IК1. С учетом этого согласование зон действия отсечек 1 и 2 выполняется обычно графическим способом. Для этой цели (рис. 5.8) стро­ится зависимость IК1 и IK2 от расстояния l до точки КЗ.

По пересечению прямой Iс.з2 с кривой IК2 (точка М) опреде­ляется конец зоны действия отсечки 2. От точки М необходимо отстроить отсечку 1. Для этого по кривой IК1 находится ток IК1М, проходящий в РЗ 1 при КЗ в конце зоны отсечки 2 (точ­ка М).

В соответствии с условием (5.2): Iс.з1 = kотсIк1(М) . (5.6a)

Расчет ведется при максимальном IК1 и минимальном IК2 значениях. Ток Iс.з должен быть также отстроен от IкA при КЗ на шинах подстанции А. Зона действия отсечки определяет­ся по точке пересечения Ic.з1 и IК1. Схемы отсечки с выдержкой времени выполняются так же, как и схемы МТЗ с независимой характеристикой (4.2).

Токовые отсечки являются самой простой РЗ. Быстрота действия в сочетании с простотой схемы составляет важное преимущество этих РЗ. Недостатками отсечек являются: не­полный охват защищаемой ЛЭП и непостоянство зоны дейст­вия в связи с изменением режима энергосистемы.

Сочетая МТЗ 1 с мгновенной отсечкой 3 и отсечкой с вы­держкой времени 2, можно получить трехступенчатую МТЗ, обеспечивающую быстрое отключение повреждений на защища­емой линии W1 и резервирующую РЗ 4 и 5 следующего участ­ка. Характеристика времени действия трехступенчатой МТЗ показана на рис. 5.9.

Назначение ТН НАМИ-10.

Трансформаторы напряжения (ТН) предназначены для понижения высокого напряжения до значения, равного 100 В, необходимого для питания измерительных приборов, цепей автоматики, сигнализации и защитных устройств.

Для питания защитных устройств применяются трехобмоточные трансформаторы с дополнительной вторичной обмоткой.

Применение трансформаторов напряжения позволяет использовать для измерения на высоком напряжении стандартные измерительные приборы, расширяя пределы измерения; обмотки реле, включаемых через ТН, также могут иметь стандартные исполнения.

Трансформатор напряжения изолирует измерительные приборы и реле от высокого напряжения, благодаря чему обеспечивается безопасность их обслуживания.

ТН применяются в наружных или внутренних электроустановках переменного тока напряжением 0,38 – 110 кВ и номинальной частотой 50 Гц от их работы зависит точность электрических измерений и учета электроэнергии, а также надежность действия релейной защиты и противоаварийной автоматики.

ТН с двумя вторичными обмотками предназначается не только для питания измерительных приборов и реле, но и для работы в устройстве сигнализации замыкания на землю в сети с изолированной нейтралью.

Трехобмоточные трансформаторы серии НАМИ предназначены для сетей с изолированной нейтралью.

НАМИ – трансформатор напряжения антирезонансный масляный с обмоткой для контроля изоляции;

Трансформаторы напряжения серии НАМИ предназначены для выработки сигнала измерительной информации для электрических приборов, цепей учета, защиты и сигнализации в сетях с изолированной или заземленной через дугогасящий реактор нейтралью. Трансформатор устойчив к токам короткого замыкания и дуговым разрядам на линии.

Назначение ТН НАМИ-10.

Схемы соединений трансформаторов тока. Коэффициент схемы.

Полная звезда. При нормальном режиме и трехфазном КЗ

в реле
I, II
и
III
проходят токи фаз
I
a =
I
A/
K
I;
I
b =
I
B/
K
I;
I
c =
I
C/
K
I,a в нулевом проводе – их геометрическая сумма:

=0, которая при симметричных режимах равна нулю. , сработали 1,2,3 реле.

При двухфазных КЗ

(АВ) ток проходит только в двух поврежденных фазах и соответственно в реле, подключенных к ТТ поврежденных фаз, ток в неповрежденной фазе отсутствует:
I
C = 0, Iоп=Ia+Ib=0. , сработали 1,2 реле.

Неполная звезда.Трансформаторы тока устанавливаются в двух фазах и соединяются так же, как и в схеме соединения в звезду. При 3-х фазном КЗ

. В реле
I
и
III
проходят токи соответствующих фаз
I
a =
I
A/
K
I;
I
c =
I
C/
K
I,а в обратном (общем) проводе (реле
IV)
ток равен их геометрической сумме:

С учетом векторной диаграммы I

а
+ I
c
= –I
b
,
т.е
. I
о.п равен току фазы, отсутствующей во вторичной цепи
.
, сработали 1.2,3 реле.
При АВ и ВС I
a =
I
A/
K
I,
I
c =0, , , сработали 1,3 реле. При АС
I
a =
I
A/
K
I;
I
c =
I
C/
K
I,
I
В=0, , сработали 1,2 реле.

Включение ТТ на разность вторичных токов.Трансформаторы тока устанавливаются в двух фазах; их вторичные обмотки соединяются разноименными зажимами, к которым подключается обмотка реле. Из токораспределения видно, что ток в реле I

p равен геометрической разности токов двух фаз
I
аи
I
c
,
т.е. где
I
a =
I
A/
K
I;
I
c =
I
C/
K
I.

При трехфазном КЗ

разность токов
I
а
– I
cв раз больше тока в фазе (
I
аи
I
c) и, следовательно,

При двухфазном КЗ АС

:
При двухфазных КЗ АВ или ВС
в реле поступает ток только одной фазы
I
аили
I
c
:
где I

ф=
I
а или
I
ф=
I
c.

Треугольник.Вторичные обмотки ТТ, соединенные последовательно разноименными выводами , образуют треугольник. Из токораспределения видно, что в каждом реле протекает ток, равный геометрической разности токов двух фаз:

При симметричной нагрузке и трехфазном КЗ в реле проходит ток, в раз больший тока фазы и сдвинутый относительно него по фазе на 30° :

Схема соединения ТТ в фильтр токов НП. Трансформаторы тока устанавливаются на трех фазах, одноименные зажимы вторичных обмоток соединяются параллельно, и к ним подключается обмотка реле КА

. Ток в реле равен геометрической сумме вторичных токов трех фаз:
I
p =
I
a +
I
b +
I
c = 3
I
0.

Рассматриваемая схема является фильтром токов НП. Ток в реле появляется только при одно- и двухфазных КЗ на землю. Поэтому схема применяется для РЗ от КЗ на землю.

Включение реле по этой схеме равносильно его включению в нулевой провод звезды.

21. Перечислите основные требования, предъявляемые к элементам релейной защиты.Защита от поврежде­ний должна удовлетворять четырем основным требованиям: действовать селективно, быстро, обладать необходимой чувствительностью к повреждениям и надежно выполнять свои функции. Селективностью, или избирательностью, РЗ называется ее способность отключать только поврежденный участок сети. Так, при КЗ в точке К1

(рис.1.11) РЗ должна отключать поврежденную ЛЭП выключателем
Q2
, ближайшим к месту повреждения. При таком действии РЗ электроснабжение всех потребителей, кроме питавшихся от поврежденной ЛЭП, сохраняется. В случае КЗ в точке
K2
при селективном действии РЗ должна отключаться поврежденная ЛЭП
W1,
а ЛЭП
W2
оставаться в работе. При этом все потребители сохраняют питание. Селективность РЗ является обязательным требованием, отступление от него попускается только для обеспечения быстродействия, когда неселективное отключение не влечет за собой опасных последствий.
Быстрота действия. Отключение КЗ должно производиться с возможно большей быстротой для ограничения размеров разрушения в месте повреждения, обеспечения термической стойкости оборудования, кабельных и воздушных ЛЭП, повышения эффективности АПВ ЛЭП и сборных шин, уменьшения влияния снижения напряжения на работу потребителей и сохранения устойчивости параллельной работы генераторов электростанций. Допустимое время отключения КЗ по условию сохранения устойчивости зависит от длительности и глубины снижения напряжения, характеризуемой значением остаточного напряжения на шинах ЭС и узловых ПС, связывающих электростанции с ЭЭС. Чем меньше остаточное напряжение, тем вероятнее нарушение устойчивости и, следовательно, тем быстрее нужно отключать КЗ. Приведенное полное время отключения КЗ tо.к
складывается из времени действия РЗ
t3
и выключателя
tВ
разрывающего ток КЗ
tо.к=(t3+tВ)
.

Чувствительность. РЗ должна обладать достаточной чувствительностью при возникновении КЗ в пределах зоны ее действия. Так, например, Р31

должна отключать повреждения на участке
АВ
(первом – основном), защищаемом
Р31,
и, кроме того, иметь достаточную чувствительность для действия при КЗ на следующем (втором – резервируемом) участке
ВС
, защищаемом
Р32.
Последняя функция
Р31
называется дальним резервированием. Такое резервирование необходимо для отключения КЗ в том случае, если
РЗ
второго участка (
Р32
) или выключатель
Q2
не подействуют из-за неисправности. Таким образом, РЗ, предназначенные для дальнего резервирования, должны быть чувствительны и к КЗ в конце следующего участка. Таким образом,
чувствительность РЗ должна быть достаточной для надежного действия ее при КЗ в конце установленной для нее зоны в минимальном режиме энергосистемы и при замыканиях через переходное сопротивление RП.Надежность
.
Требование надежности состоит в том, что РЗ должна безотказно работать при повреждении в пределах установленной для нее зоны и не должна работать неправильно, когда работа ее не предусматривается.
Отказ в работе или неправильное действие РЗ приводят к дополнительному нарушению электропитания потребителей, а иногда к авариям системного значения. Например, при КЗ в точке
К1
и отказе
Р31
сработает
Р33
в результате чего дополнительно отключатся подстанции
II
и
III,
а при неправильной работе
Р34
в нормальном режиме отключится ЛЭП
W4
, и потребители подстанций
I-IV
потеряют питание. Надежность устройств РЗ обеспечивается простотой их схем, уменьшением в них количества элементов, реле, контактных соединений, простотой и надежностью применяемых конструкций и схем, реле, полупроводниковых элементов, качеством изготовления вспомогательной аппаратуры и монтажных материалов,

8. Виды повреждений, какие причины приводят к повреждениям и ненормальным режимам работы электрических сетей.Большинство повреждений в ЭЭС приводит к коротким замыканиям (КЗ) фаз между собой или на землю. В обмотках электрических машин и трансформаторов могут также возникать КЗ между витками одной фазы. Основными причинами повреждений являются: 1) нарушения изоляции токоведущих частей, вызванные ее старением, перенапряжениями, механическими повреждениями; 2) повреждения проводов и опор ЛЭП, вызванные их неудовлетворительным состоянием, гололедом, ураганным ветром, «пляской проводов» и другими причинами; 3) ошибки персонала при операциях (отключение разъединителей под нагрузкой или включение их на ошибочно оставленное заземление и др.)

К ненормальным относятся режимы, связанные с отклонениями от допустимых значений величин тока, напряжения и частоты, опасные для оборудования или устойчивой работы энергосистемы. Виды: 1) Перегрузка оборудования, вызванная сверхтоком, т.е. увеличением тока сверх номинального значения; 2) Качания в системах возникают при выходе из синхронизма работающих параллельно генераторов; 3)Повышение напряжения сверх допустимого значения может возникнуть на гидрогенераторах, а также на турбогенераторах большой мощности, работающих по схеме блока, при внезапном отключении их от сети; 4) Асинхронный режим. К ненормальным режимам относится также работа синхронного генератора без возбуждения [например, при отключении автомата гашения поля (АГП)]. При работе в асинхронном режиме увеличивается частота вращения генератора и возникает пульсация тока статора.

Схемы соединения обмоток трансформаторов силовых

Для трехфазных сетей существуют три основные схемы соединения обмоток силовых трансформаторов. Каждый из способов такого соединения имеет свое влияние на режим работы трансформатора.

Соединение звездой – это когда существует общая точка объединения начал или концов всех обмоток (нулевая точка). Здесь присутствует следующая закономерность:

• Фазные и линейные токи имеют одинаковую величину.
• Напряжение фазное (между фазой и нейтралью) меньше линейного (между фазами) на корень из 3.

Касаемо обмоток высшего (ВН), среднего (СН) и низшего (НН) напряжения чаще применяют схемы:

• Соединяют звездой обмотки ВН, выводя провод из точки ноль для повышающих и понижающих Т любой мощности.
• Обмотки СН соединяют аналогично.
• НН обмотки редко соединяют звездой у понижающих трансформаторов, но, когда это происходит, выводят нулевой провод.

Соединение треугольником предполагает последовательное включение трансформатора в контур, где начало одной обмотки имеет контакт с концом другой, начало другой с концом последней и начало последней с концом первой. Из вершин треугольника выходят отводы электричества. В такой схеме соединения обмоток трехфазного трансформатора присутствует закономерность:

• Фазные и линейные напряжения имеют одинаковую величину.
• Фазные токи меньше линейных на корень из 3.

В треугольник, как правило, соединяют обмотки НН любых понижающих и повышающих трехфазных Т на две, три обмотки, а также мощных однофазных собираемых в группы. Для ВН и СН обычно не используют соединение треугольником.

Соединение зигзаг-звезда характеризуется выравниванием магнитного потока по фазам трансформатора, если нагрузка на них во вторичных обмотках распределена неравномерно.

Схемы соединений ТТ

Схема соединения ТТ в «полную звезду» (рис. 2.7) обычно используется в сетях с заземленной нейтралью с U³110 кВ. В сетях с изолированной нейтралью U£35 кВ такая схема применяется редко – на ответственных электроустановках (например, защита шин). Коэффициент такой схемы kСХ=1 (отношение тока, протекаемого через реле, к току, протекаемому через вторичную обмотку ТТ). В реле КА4 протекает утроенный ток нулевой последовательности. Это нетрудно доказать, согласно методу симметричных составляющих токи фаз равны:

. (2.11)

В реле КА4 токи фаз А, В и С складываются. В результате суммы по составляющим прямой и обратной последовательности становятся равными нулю, так как

, (2.12)

а результирующий ток, протекающий через реле КА4, равен 3IА0. Обычно в индексе обозначение фазы А опускается и записывается 3I0.

Схема соединения ТТ в
«неполную звезду»используется исключительно в сетях с изолированной нейтралью U £ 35 кВ. Для такой схемы kСХ = 1, так как токи в реле и во вторичной обмотке ТТ равны. Особенностью схемы является то, что от двух ТТ можно получить ток третьей фазы ― IВ, включив реле КА3 в обратный провод:
I2А+ I2С = ― I2В, (2.13)

так как для симметричной трехфазной сети выполняется равенство (токами нулевой последовательности пренебрегают, потому что при однофазных замыканиях на землю они несоизмеримо меньше рабочих).

Схема соединения ТТ в «треугольник»(рис. 2.9) обычно применяется в сетях с U ³ 110 кВ для дифференциальной защиты трансформатора со стороны высшего напряжения. Коэффициент такой схемы можно вычислить, по I закону Кирхгофа, найдя токи в узле ТТ фазы А:

, (2.14)

откуда ток в реле найдем:

. (2.15)

Учитывая, что , согласно векторной диаграмме (рис. 2.10), нетрудно вычислить:

(2.16)

Схема (рис. 2.11) соединения ТТ на разность фаз (раннее эту схему называли «неполный треугольник»или «восьмерка») используется в сетях с изолированной нейтралью с U £ 35 кВ чаще всего для защиты высоковольтных электродвигателей, но иногда и для защиты линий, реже трансформаторов. Аналогично, как для схемы соединения ТТ в «треугольник», ее. Выводы аналогичны схеме «треугольника», так для узла получается выражение (2.14).

Ее достоинство – наличие одного реле, простота. Недостатком является низкая чувствительность при витковых замыканиях обмотки двигателя в фазе В.

Схема фильтра тока нулевой последовательности показана на рис. 2.12. Используется в сетях с заземленной нейтралью с U ³ 110 кВ для токовой защиты нулевой последовательности. Так как эта схема является фильтром, то для нее нет понятия коэффициента схемы. Через реле протекает утроенный ток нулевой последовательности 3I0

―
доказыва-ется аналогично схеме «полной звезды».
Последовательное соединение ТТ (рис. 2.13) используется для повышения нагрузочной способности ТТ. Для этого использут ТТ с одинаковыми kТ. Так как ток, протекающий через ТТ, одинаков, а напряжение на нагрузке делится на два, то нагрузка на каждый ТТ уменьшается в два раза. Часто такая схема используется на стороне высокого напряжения трансформатора со схемой соединения Y/D для его дифференциальной защиты.

Параллельное соединение ТТ (рис. 2.14) используется для уменьшения kТ. Если ТТ имеют одинаковый kТ, то результирующий коэффициент трансформации будет в два раза меньше.

Схемы и группы соединения обмоток трансформаторов

Кроме схем соединения, существуют группы, под которыми понимают не что иное, как смещение векторных направлений линейных ЭДС первичных обмоток относительно электродвижущей силы во вторичных обмотках. Эти угловые расхождения могут изменяться в пределах 360 градусов. Факторами, определяющим группу являются:

• Направление витков обмотки.
• Способ расположения на сердечнике катушки.

Для удобства обозначения групп приняли часовой угловой отсчет, деленный на 30 градусов. Поэтому получилось 12 групп (от 0 до 11). При всех основных схемах соединения обмоток трансформаторов возможны все смещения на угол, кратный 30 градусам.

Для чего нужна третья гармоника

В электротехнике есть понятие намагничивающего тока. Именно он формирует электродвижущую силу (ЭДС). Форма такого тока не является синусоидальной, так как здесь присутствуют высшие гармонические составляющие. За передачу кривой фазного напряжения без искажений (искаженная форма нежелательна для работы оборудования) отвечает третья гармоника.

Для получения третьей гармоники обязательным условием есть соединение в треугольник хотя бы одной обмотки. Если же за базовую принята схема соединения обмоток трансформатора звезда-звезда, например, в трансформаторах на две обмотки, получить третью гармонику невозможно без дополнительного технического вмешательства. Тогда на трансформатор доматывают третью обмотку, которую соединяют треугольником иногда без выводов.