37. Дифференциальные токовые защиты трансформаторов. Ток небаланса. Дифференциальная токовая отсечка.

Дифференциальные токовые защиты трансформаторов.

Дифференциальный принцип позволяет выполнить быстродействующую защиту трансформатора, реагирующую на повреждения в обмотках, на выводах и в соединениях с выключателями. При этом она может иметь недостаточную чувствительность только при витковых замыканиях и «пожаре стали». Для осуществления защиты используются трансформаторы тока ТАI, ТАII, установленные с обеих сторон защищаемого трансформатора вблизи выключателей Q1 и Q2.

Вторичные обмотки трансформаторов тока и реле КА соединяются в схему продольной дифференциальной защиты с циркулирующими токами. При этом в реле КА при отсутствии повреждения в защищаемой зоне проходит ток небаланса.

Ток небаланса имеет большое значение в двух случаях.

1. При переходном процессе. В момент включения транс­форматора и при восстановлении напряжения после отключения внешних КЗ.

Ток небаланса при этом определяется током намагничивания силового трансформатора

Коэффициент трансформации силовых трансформаторов

n_т =U_1I/U_1II≠1,

поэтому в защите должны сравниваться токи I_1I и I_1II/n_т. В нормальном режиме ток намагничивания в зоне защиты

Iнам = I1I — I1II/nт

Этот ток вызывает неравенство сравниваемых токов. В реле появляется дополнительная составляющая тока небаланса Iнб.нам. При нормальной работе и внешних КЗ она незначительна и поэтому может не учитываться.

В момент включения трансформатора под напряжение и при восстановлении напряжения после отключения внешних КЗ возникает бросок тока намагничивания Iбр.нам, максимальные мгновенные значения которого достигают 6—8-кратных значений амплитуды номинального тока.

Ток намагничивания, проходя через реле, может вызвать неправильное срабатывание защиты.

Время полного затухания переходного тока намагничивания может достигать нескольких секунд. Однако уже по истечении времени t=0,3... 0,5с его максимальные мгновенные значения становятся меньше амплитуды номинального ток небаланса трансформатора. Отстройка дифференциальной защиты от бросков тока намагничивания является первым условием при вы­боре тока срабатывания. В этом случае другими слагающими тока небаланса, малыми по сравнению с Iбр.нам, можно пренебречь, поэтому расчетный первичный ток небаланса Iнб.рсч mах»Iбр.нам.

Отстройка защиты от броска тока намагничивания достигается в основном тремя путями:

-загрублением защиты по току срабатывания;

-включением реле через промежуточные насыщающиеся трансформаторы тока (НТТ);

-выявлением различия между формой кривой тока к. з. и формой кривой тока намагничивания (реле в комплекте устройства ЯРЭ-2201).

При этом ток срабатывания выбирают исходя из значения номинального тока трансформатора по условию

Ic.з.>=kотс.*Iт.ном. (1)

В зависимости от используемых реле и способа отстройки коэффициент kотс принимается равным 0,3 ... 4,5.

2. При внешнем коротком замыкании.

Ток небаланса при внешних КЗ имеет повышенное значение по трем причинам.

2.1. Коэффициенты трансформации трансформаторов тока рассчитывается по номинальным токам защищаемого трансформатора.

Коэффициент трансформации трансформатора тока

K_I=k⁽³⁾сх*Iт.ном/5.

Расчетные коэффициенты трансформации отличаются от реальных, которые принимаются по шкале номинальных токов как ближайшие большие. Поэтому токи в цепях циркуляции могут быть различными и обусловливают дополнительную составляющую тока небаланса

где = [I_2I-I_2II/ I_2I]*100 — погрешность от неточности выравнивания токов.

При Dfвр >5% токи выравниваются автотрансформаторами или уравнительными обмотками реле с НТТ.

2.2. Автоматическое регулирование коэффициента трансформации под нагрузкой защищаемого трансформатора нарушает соотношение между первичными токами I1I и I1II. В реле появляется дополнительная составляющая тока небаланса Iнб.рег:

2.3. Разнотипность трансформаторов тока. В одинаковых трансформаторах тока разные характеристики намагничивания. Это увеличивает ток небаланса Iнб.пгр. Эта составляющая определяется через полную погрешность трансформаторов тока e (%):

- коэффициентом однотипности. Учитывает разные характеристики трансформаторов тока. kодн.=1.

- коэффициент апериодичности. Учитывает влияние апериодической составляющей тока КЗ на ток небаланса.

При внешнем коротком замыкании максимальный расчетной ток небаланса

Iнб.рсч mах=I нб.вр.+ I нб.рег. + I нб.пгр.

Ic.з.>=kотс.*KI* Iнб.рсч mах (2)

Ток срабатывания принимают наибольшим из двух значении, полученных по условиям (1) и (2). Если определяющим ока­зывается условие (2), а коэффициент чувствительности получается недостаточным, то используют специальные реле с торможением, например типа ДЗТ. Согласно требованиям, коэффициент чувствительности, определяемый при двухфазном коротком замыкании на выводах низшего напряжения трансформатора, должен быть kч>=2,0. Допускается снижение коэффициента чувствительности дo значения kч>= 1,5.