- •Повреждения и ненормальные режимы раб оты трансформаторов и автотрансформаторов, виды защит и требования к ним
- •Защита от сверхтоков при внешних коротких замыканиях
- •Защита от перегрузки
- •Токовая отсечка
- •Дифференциальная защита
- •Токи небаланса в дифференциальной защите трансформаторов и автотрансформаторов
- •Токи намагничивания силовых трансформаторов при включении под напряжение
- •Схемы дифференциальных защит
- •Краткая оценка дифференциальных защит трансформаторов
- •Газовая защита трансформаторов
- •Токовая защита от замыканий на корпус (кожух) трансформатора
- •Особенности защиты трансформаторов без выключателей на стороне высшего напряжения
- •Защита вольтодобавочных регулировочных трансформаторов
Дифференциальная защита
Назначение и принцип дейс твия дифференциальной защиты
Для защиты трансформаторов от к.з. между фазами, на землю и от замыканий витков одной фазы широкое распространение получила дифференциальная защита (рис. 16-19). В соответствии с принципом действия этой защиты трансформаторы тока устанавливаются с обеих сторон трансформатора. Их вторичные обмотки соединяются так, чтобы при нагрузке и внешних к.з. в реле протекала разность вторичных токов Ip = IIв – IIIв (Рис. 16-19, а). Тогда при к.з. в зоне защиты (рис. 16-19, б) ток в реле равен сумме Ip = IIв + IIIв. Если Ip > Iс.р., то реле приходит в действие и отключает трансформатор.
Для того чтобы дифференциальная защита не работала при нагрузке и внешних к. з., необходимо уравновесить вторичные токи в плечах защиты так, чтобы в этих случаях ток в реле отсутствовал:
Для этого необходимо, чтобы
Особенности дифференциальной защиты трансформаторов
В дифференциальной защите линий и генераторов первичные токи в начале и конце защищаемого участка одинаковы, поэтому для выполнения условия селективности (16-11) достаточно иметь равенство коэффициентов трансформации трансформаторов тока. Иное положение имеет место в дифференциальной защите трансформаторов. Первичные токи разных обмоток трансформатора не равны по величине и в общем случае не совпадают по фазе.
В режиме нагрузки и внешнего к. з. ток трансформатора на стороне низшего напряжения III всегда больше тока на стороне высшего напряжения II. Их соотношение определяется коэффициентом трансформации силового трансформатора.
В трансформаторе с соединением обмоток звезда – треугольник токи II и III различаются не только по величине, но и по фазе.
Угол сдвига фаз зависит от группы соединения обмоток трансформатора. При наиболее распространенной, одиннадцатой группе линейный ток на стороне треугольника опережает линейный ток со стороны звезды на 30° (рис. 16-20). В трансформаторах с соединением обмоток звезда – звезда токи II и III или совпадают по фазе, или сдвинуты на 180°.
Таким образом, для выполнения условия селективности (16-11) необходимы специальные меры по выравниванию вторичных токов IIв = II / nТI и IIIв = III / nTII как по величине, так и по фазе, с тем чтобы поступающие в реле токи были равны.
Ком пенсация сдвига токов по фазе осуществляется соединением в треугольник вторичных обмоток трансформаторов тока, установленных на стороне звезды силового трансформатора (рис. 16-21).
Соединение в треугольник обмоток трансформаторов тока должно точно соответствовать соединению в треугольник обмотки силового трансформатора.
Трансформаторы тока, расположенные на стороне треугольника-силового трансформатора, соединяются в звезду.
На рис. 16-21 изображены векторные диаграммы токов в схеме защиты при нагрузке и внешних трехфазных к. з. Векторы первичных и вторичных токов в трансформаторах тока и силовом трансформаторе показаны на диаграмме совпадающими по фазе.
Из диаграммы следует, что токи в линейных проводах трансформаторов тока, соединенных в треугольник, IАВ(2), IВС(2), IСА(2), сдвигаются относительно соответствующих фазных токов во вторичной и первичной обмотках трансформаторов тока на угол 30°. Токи в проводах второй группы трансформаторов тока Iab(2), Ibc(2), I ca(2) совпадают по фазе со своими первичными токами и поэтому сдвинуты по отношению к первичному току звезды силового трансформатора, так же как и токи IАВ(2), IВС(2), IСА(2), на угол 30°. В результате этого токи, поступающие в реле, совпадают по фазе.
Соединение одной из групп трансформаторов тока в треугольник обеспечивает компенсацию сдвига фаз между вторичными и первичными токами силового трансформатора не только при симметричной нагрузке и трехфазных к. з., но и при любом несимметричном повреждении или нагрузочном режиме.
Справедливость этого положения наиболее просто доказывается с помощью метода симметричных составляющих. Токи прямой и обратной последовательностей симметричны, и поэтому токораспределение их в схеме защит полностью соответствует токораспределению при трехфазном к. з. (рис. 16-21). Следовательно, соединение одной из групп трансформаторов тока в треугольник, а другой – в звезду обеспечивает компенсацию сдвига фаз первичных токов прямой и обратной последовательностей.
Токи нулевой последовательности появляются в случае к. з. на землю и могут замыкаться только через обмотку трансформатора, соединенную в звезду, при условии, что ее нулевая точка заземлена. Проходя по этой обмотке, токи нулевой последовательности трансформируются в фазы обмотки, соединенные треугольником (рис. 16-22).
В контуре треугольника токи I0 каждой фазы направлены последовательно и поэтому циркулируют в нем, не выходя за его пределы (рис. 16-22). Это означает, что в дифференциальной защите транс форматоров с соединением обмоток звезда – треугольник токи нулевой последовательности протекают только по трансформаторам тока, установленным со стороны звезды силового трансформатора.
Такое протекание первичных токов равноценно токораспределению при повреждении внутри трансформатора (при одностороннем питании) и может вызвать неправильную работу защиты. Эта опасность устраняется тем, что на стороне звезды силового трансформатора (где протекают первичные токи I0) трансформаторы тока соединяются в треугольник, как показано на рис. 16-22. Тогда токи, трансформируясь на вторичную сторону трансформаторов тока, замыкаются в контуре этого треугольника, не попадая в реле. При соединении трансформаторов тока на стороне звезды силового трансформатора также в звезду токи нулевой последовательности получают возможность замыкаться через реле, что приведет к неправильной работе защиты при однофазных и двухфазных к. з. на землю в сети.
Т аким образом, для компенсации сдвига фаз токов трансформаторов, соединенных по схеме необходимо трансформаторы тока на стороне звезды соединить в треугольник, а на стороне треугольника – в звезду.
Компенсация неравенства первичных токов силовых трансформаторов и автотрансформаторов достигается подбором коэффициентов трансформации nI, nII трансформаторов тока дифференциальной защиты и параметров специально для этой цели установленных уравновешивающих автотрансформаторов (рис. 16-23, а) или трансформат оров (рис. 16-23, б).
К оэффициенты трансформации трансформаторов тока nI, nII выбираются с таким расчетом, чтобы вторичные токи в плечах защиты были равны, как это требуется по условию (16-12), при нагрузке и внешних к. з.
При соединении обмоток силового трансформатора условие (16-12) имеет вид: II / nI = III / nII
Отсюда находим, что для обеспечения равенства токов в плечах защиты коэффициенты трансформации трансформаторов тока защиты должны удовлетворять условию
где N – коэффициент трансформации силового трансформатора.
П ри соединении обмоток по схеме ток в плече, питающемся от трансформаторов тока, включенных в треугольник, равен – а в плече, питающемся от трансформаторов, соединенных в звезду, равен
С учетом этого уравнение (16-12) имеет вид:
отсюда
Задаваясь одним из коэффициентов трансформации, например nII, можно найти, пользуясь выражением (16-13) или (16-14), расчетное значение второго – nI, обеспечивающее равенство вторичных токов в плечах защиты. Найденный, таким образом, nI, как правило, получается нестандартным. Поэтому используются стандартные трансформаторы с ближайшим к расчетному значению коэффициентом трансформации, а компенсация оставшегося неравенства осуществляется с помощью выравнивающих автотрансформаторов или трансформаторов. В первом случае (рис. 16-23, а) в одном из плеч защиты устанавливается автотрансформатор AT. Для выравнивания токов в плечах защиты коэффициент трансформации na автотрансформатора подбирается так, чтобы его вторичный ток IIIa был равен току IIв в противоположном плече защиты:
Исходя из этого, находят:
Во втором случае (рис. 16-23, б) применяется компенсирующий трансформатор ТК. Трансформатор ТК состоит из трех первичных обмоток. Обмотки y1 и y2 (уравнительные) включаются в плечи защиты, а обмотки д (дифференциальная) – по дифференциальной схеме на разность токов IIв – IIIв.
В торичная обмотка 2 пит ает дифференциальное реле РД. Число витков уравнительных обмоток подбирается так, чтобы геометрическая сумма намагничивающих сил всех трех обмоток в условиях сквозного тока была равна нулю:
При выполнении этого условия результирующая н. с. и магнитный поток Фрез в магнитопроводе ТК отсутствуют, поэтому ток в дифференциальном реле Iр = 0.
В рассмотренной схеме неравенство токов плеч (IIв IIIв) компенсируется магнитным способом. Этот способ компенсации удобно сочетается с дифференциальным реле, включаемым через БНТ, и получил поэтому широкое распространение.