лекции

8

широко применялись дифференциальной защиты с током срабатывания, меньшим Iн, но с выдержкой времени 0,5-0,8сек. За это время ток намагничивания затухает. В настоящее время дифференциальной защиты с выдержкой времени не применяется. Выдержка времени ухудшает защиту самого трансформатора, увеличивая размеры повреждения.

Неравенство вторичных токов и разнотипность ТТ Из принципа действия дифференциальной защиты следует, что для получения наименьших токов небаланса ТТ должен иметь одинаковые характеристики, что при осуществлении дифференциальной защиты трансформаторов практически невыполнимо, т.к. ТТ с разных сторон имеют разные nт и различное конструктивное исполнение. Вследствие этого они имеют различные характеристики и погрешности.

Номинальные токи обмоток трансформаторов, как правило, не совпадают со шкалой номинальных токов ТТ. Поэтому при выборе ТТ принимается ТТ, Iн которого больше по отношению к Iн обмотки трансформатора. Так например, Iн обмоток трансформатора мощностью 5600кВА напряжением 35/6,6кВ составляет:

со стороны обмотки 35кВ

II 35 =	5600	=92,5А
	3 35

со стороны обмотки 6,6кВ

II 6,6 =	5600	= 490А
	3 6,6

При определенных выше номинальных токах ТТ должны иметь коэффициенты трансформации со стороны 35кВ 100/5 и со стороны 6,6кВ 600/5. При этом вторичные токи ТТ составляют:

со стороны обмотки 35кВ

II 35 = 10032,5/ 5 = 4,62А

со стороны обмотки 6,6кВ

II 6,6 = 600490/5 = 4,08А

Таким образом, вследствие неравенства вторичных токов в плечах защиты в дифференциальном реле при номинальной нагрузке трансформатора ток небаланса равен:

I р.нб = I235 −I26,6 = 4,62 −4,08 =0,54А

При сквозном токе КЗ этот ток возрастает пропорционально току КЗ, а также вследствие возрастания погрешностей КЗ, имеющих неодинаковые характеристики, что может вызвать ложное действие дифференциальной защиты трансформатора. Поэтому для снижения тока небаланса, вызванного неравенством вторичных токов ТТ дифференциальной защиты производиться выравнивание этих токов путем включения специальных промежуточных автотрансформаторов тока (АТ) или путем использования выравнивающих или

8

9

уравнительных обмоток дифференциального реле. Промежуточные АТ могут включаться как со стороны обмотки низшего напряжения, так и со стороны высшего напряжения. Рекомендуется включать их со стороны более мощных ТТ. Для рассмотренного выше случая промежуточного АТ, установленного со стороны 6,6кВ должен повышать ток с 4,08А до 4,62А, т.е. должен вклю-

чаться как повышающий и иметь nАТ = 44,,6208 = 0,88 . При установки промежу-

точных АТ со стороны 35кВ он должен понижать с 4,62А до 4,08А, т.е. должен включаться, как понижающий и иметь nАТ = 44,,6208 =1,13.

	35кВ
100/5	100/5
	4,62А

KA1

4,62А

35кВ

100/5

4,08А

АТ

KA1

35кВ

А4,62 KA1

4,08А 4,62А

600/5

4,08А

600/5

4,08А

600/5

6,6кВ

6,6кВ

	4,62А
4,08А	АТ

6,6кВ

Неодинаковые схемы соединения обмоток трансформаторов. Рас-

смотренные выше соотношения токов в схеме дифференциальной защиты справедливы только для трансформаторов, имеющих одинаковые схемы соединения обмоток Y-Y или - . При неодинаковых схемах соединения обмоток, например Y- , эти соотношения несправедливы, т.к. токи со стороны обмотки оказываются сдвинутыми относительно друг друга на некоторый угол, величины которого зависит от схемы соединения обмоток. Угловой сдвиг токов создает большой ток небаланса в реле защиты.

I AI

I AI	I BI	IC I	IC I	I BI
			ВН
I AI			I AII	I AI
	I BI	IC I	НН		I	BI I
I AII	I BII	IC II	IC I		I BI
				IC II

9

10

Эти токи сдвинуты на угол 300. При угловом сдвиге 300 и равенстве величин токов ток в реле определяется выражением:

I р	= 2I А sin150 или
	I
I р	= 0,52I А
	I

Поэтому при выполнении дифференциальной защиты трансформаторов производится компенсация углового сдвига вторичных токов путем специального соединения вторичных обмоток ТТ:

							KA1		IаI
1Т		Iа		Iв		Iс	Iс1
									Iа
		Iа		Iв1			КА2		I	вI
I AI		1
		I BI		IC I
						ВН	Iс		Iв
							КА3		IсI
I A	I	I	BI	I	C I	НН			Iс2
							Iв2		I AII
I AII		Iа2			Iв2	I	I	C II	I BI I
		I BII		IC I I			с2
									Iа2
	2Т

При таком соединении вторичных обмоток ТТ, в 1Т, вторичные обмотки которого соединены в , создается сдвиг токов на такой же угол, как и в соединении в обмоток НН трансформатора, что и обеспечивает совпадение фаз вторичных токов в плечах дифференциальной защиты.

При определении nАТ промежуточного АТ в случае соединения одной из групп ТТ в необходимо учитывать увеличение в 1,73 раза тока, подводимого со стороны этих ТТ.

Схемы и расчет уставок дифференциальной защиты

Расчет токов небаланса

Токи небаланса в схемах диф.защиты трансформаторов имеют место из-за погрешностей ТТ, изменения коэффициента трансформации защищаемого трансформатора при регулировании напряжения, неточного выравнивания вторичных токов. Для отстройки от тока небаланса при сквозном к.з. ее ток срабатывания должен удовлетворять условия:

Ic.з. = кнIнб. расч.

где кн – коэффициент надежности равный 1,3.

10

11

Величина расчетного тока небаланса, определяемого погрешностью ТТ вычисляется по формуле:

I1нб. расч. = какодн fIкз.max

где ка – коэффициент апериодичности, для реле с БНТ и короткозамкнутой обмоткой ка=1, для реле без БНТ ка=1;

кодн – коэффициент однотипности ТТ кодн=0,5 при обтекании ТТ близкими по величине токами, кодн=1 в остальных случаях;

f – погрешность ТТ, удовлетворяющая 10% погрешности;

Iкз.max – наибольший ток КЗ при сквозном КЗ.

Величина расчетного тока небаланса, определяемая изменением кт защищаемого трансформатора при регулировании напряжения, вычисляется по формуле:

при регулировании с одной стороны трансформатора I2нб. расч. = NI кз.max ; при регулировании с двух сторон трансформатора

I2нб. расч. = NВН Iкз.max + NСН Iкз.max .

где N – половина регулировочного диапазона соответствующей стороны от среднего значения, для которого производится выравнивание вторичных токов, например при половине регулировочного диапазона N=±10% N=0,1.

Величина расчетного тока небаланса определяемая неточным выравниванием вторичных токов, вычисляется по формуле:

	I3нб. расч. =	wI . расч. − wI		Iкз.max +	wII . расч. − wII	Iкз.max
		wI . расч.			wII . расч.
где wI . расч.	и wII . расч. - расчетные числа витков обмоток БНТ реле РНТ для не-
основных сторон ( стороны с меньшим вторичным током);
wI	и wII - принятые числа витков обмоток БНТ реле РНТ для неоснов-
ных сторон (ближайшие большие или меньшие сила витков);
Iкз.max – наибольшее значение сквозного тока к.з. со стороны, где вклю-
чены обмотки БНТ с витками wI и			wII .

Таким образом, суммарный расчетный ток небаланса определяется, как сумма трех составляющих:

Iнб. расч. = I1нб. расч. + I2нб. расч. + I3нб. расч.

Обычно при расчете сначала определяют сумму Iнб. расч. = I1нб. расч. + I2нб. расч. , а после выбора тока срабатывания и определения расчетных витков БНТ реле РНТ определяют дополнительно суммарный ток небаланса и производят уточнение ранее выбранного тока срабатывания.

11

12

Продольная дифференциальная токовая защита трансформатора с реле РНТ-565

Рис. 3.2. Схема продольной дифференциальной токовой защиты с реле РНТ-565

Быстронасыщающийся трансформатор реле РНТ-565 является одновременно и промежуточным трансформатором для компенсации неравенства вторичных токов в плечах дифференциальной защиты и имеет для этой цели специальные уравнительные обмотки. Ток во вторичной обмотке БНТ, к которой подключено реле, определяется суммарным магнитным потоком в сердечнике, который создается как рабочей, так и уравнительными обмотками. Чтобы при сквозном КЗ дифференциальная защита не сработала ложно нужно правильно включить правильно рабочую и уравнительные обмотки в схему и так подобрать число витков обмотках, чтобы скомпенсировать неравенство токов в плечах. Токи в обмотках направлены встречно. Расчет производится в следующем порядке:

1. Определяется ток срабатывания защиты по условиям:

а) Iс.з. = кнIном

кн=1-1,3

б) Iс.з. = кнIнб.

кн=1,3;

Iнб. = I1нб. расч. + I2нб. расч.

Принимается большее значение тока срабатывания.

2.Определяются первичные токи во всех обмотках защищаемого трансформатора и вторичные токи в плечах дифференциальной защиты.

3.Определяется вторичный ток срабатывания, отнесенный к стороне с большим вторичным током:

	Iср.1 =	ксхIс.з.
		nТ1

где nT1 – коэффициент трансформации ТТ с большим вторичным то-

ком.

12

с.з.

13

4. Определяется расчетное число витков обмоток БНТ со стороны с большим вторичным током, которая называется основной:

= 100

w1 Iср.1

В соответствии с имеющимися на обмотках отпайками для регулирования числа витков выбирается ближайшее меньшее число витков:

wосн. = wуст. раб. + wуст.ур.

5. Определяется число витков со стороны с меньшим вторичным током, которая называется неосновной из условия, чтобы при прохождении через трансформатор сквозного тока, ток во вторичной обмотке был равен нулю. Это выполняется, когда суммарный магнитный поток в сердечнике БНТ равен нулю. Что имеет место при:

I1wосн. −I2 wнеосн. = 0 откуда

w		= w	I1	= w		+ w
	II	осн. I2			уст. ур2		уст. раб.

Принимается меньшее или большее значение числа витков, которое можно установить на этой обмотке.

6. После расчета числа витков обмоток БНТ и подбора отпаек вычисляется ток небаланса, вызванный неточной компенсацией вторичных токов в плечах дифференциальной защиты. Определяют суммарный Iнб..

Вновь определяют Iс.з. по I = кнIнб. . если он получается больше, опре-

деленного по 1-му условию расчет производят снова ( пересчитать число витков обмоток БНТ). Расчет повторяется до тех пор пока ток срабатывания защиты с учетом I3нб.расч. станет равным или меньшим тока срабатывания, определенного предыдущим расчетом.

7. Определяется кч. Коэффициент чувствительности можно определить по полному току КЗ, отнесенному к основной стороне по формуле:

к= I р.полн. ≥ 2

чIср.1

где Iср.1 – вторичный ток срабатывания, отнесенный к основной стороне

I р. расч. = ксх.nIкз.min Т1

Продольная дифференциальная токовая защита с торможением

В дифференциальных защитах, установленных на трансформаторах с РПН или многообмоточных трансформаторах с несколькими питающими обмотками токи небаланса в уставившемся режиме имеют значительную величину. В этом случае дифференциальное реле с БНТ получается мало чувствительной вследствие того, что ее ток срабатывания приходится увеличивать до (3-4)Iном трансформатора.

13

14

		Iр	Iр при кз. в зоне
			с торможением
I1	Т1	с БНТ	б
		КА
	Т2		Iнб
I2		а	Iнб.max
		Iо
			Iкз
			Iкз.max

Ток Iсз под влиянием тока, протекающего в тормозной обмотке реле, возрастает, что повышает надежность отстройки защиты от токов небаланса. При КЗ в зоне ток КЗ, протекающий по тормозной обмотке, загрубляет реле (увеличивается ток Iср.), но несмотря на это чувствительность тормозного реле оказывается выше чем у реле РНТ (точки “а” и “б”). Чувствительность тормозного реле при КЗ в зоне можно повышать, если тормозные обмотки включать не во все плечи, и только там, где это необходимо для торможения при внешнем КЗ. Для обеспечения достаточной надежности действия защиты при повреждениях в зоне и селективности при внешних КЗ коэффициент кт принимают (30-60)%, а наименьший Iср при Iт=0 составляет (30-40%)Iномт. Наличие торможения не устраняет возможность срабатывания реле от бросков токов намагничивания, т.к. Iр=Iторм., что соответствует условиям КЗ в зоне защиты.

Секции ωТА и ωТВ так, что созданный магнитный поток Фт замыкается по крайним стержням. Поток Фт наводит ЭДС в ω2А и ω2В (ЕТА и ЕТВ), которые равны и взаимно уничтожаются, в результате ток Iт не создает тока в реле и служит для подмагничивания крайних стержней и насыщая их, ухудшая трансформацию тока из рабочей во вторичную. Поток Фр, создаваемый в ωр, замыкается по крайним стрежням и наводит в секциях ω2 согласно направленные ЭДС:

Фр = I рωр

Rм

14

15

Рис. 3.4. Схема дифференциального реле с торможением

Сопротивление Rм увеличивается при насыщении тока Iт. Чем больше ток Iт, тем меньше ток в реле Iр:

Iр=ктIт

При внешнем КЗ ток, протекая по ωт насыщает крайние стрежни магнитопровода, в результате чего ток Iср возрастает, ухудшая трансформацию Iнб., появляющийся в рабочей обмотке трансформатора. При КЗ в зоне ток в ωр больше ток Iт.

1. Ток Iт=0. Под влиянием МДС F рабочей обмотки происходит намагничивание сердечника НТТ в соответствии с зависимостью мгновенных значений магнитной индукции в правом и левом стрежнях от величены МДС.

МДС рабочей обмотки распределяется поровну на создание магнитных потоков в левом и правом стержнях НТТ. НТТ является насыщающимся, поэтому зависимость В от F имеет нелинейный характер. Если предположить, что кривая изменения магнитной индукции имеет синусоидальный характер, то амплитудные значения ЭДС в каждой обмотке можно считать пропорцио-

В
Вср		Вср.лев=Вср.пр.
					ω			Е∑'
-Вср		F
								Елев' .			Е'
		F		F∑'
						Fлев' .					пр.
		t				Fпр' .

нальными амплитудным значениям магнитной индукции в соответствующих стержнях.

15

16

ЭДС в сердечнике отстает от F на 900. Магнитные потоки в крайних стержнях совпадают по фазе с МДС F и вектора ЭДС Е вторичных обмоток отстают на 900:

ЕΣ' = Елев' . + Епр' . = Еср.

2. Токи в рабочей и тормозной обмотках совпадают по фазе. Если по тормозной обмотке протекает ток, совпадающей по фазе с током рабочей обмотки, то в левом стержнем НТТ рабочая и тормозная МДС Fр и Fт складываются, а в правом – вычитаются.

В

В"лев.

-В"пр.	F	ω	Е	∑"
F "			Елев" .
Σлев.		F∑"	F∑" лев.		Епр" .
Fт
Fр
t			F	"
			Σпр.

В

В"пр.

-В"пр. F

FΣ"пр.

Fт

Fр

t

В левом стрежне МДС FΣ"лев. = Fр + FТ создает	магнитную индукцию
+В”лев. В тот же момент в правом стержне МДС FΣ"пр.	= Fр − FТ создает магнит-

ную индукцию +В”пр.. Во вторичных обмотках наводятся совпадающие по

фазе ЭДС Е''лев. и Е''пр.			, пропорциональные максимальным значениям этих
магнитных		индукции.	Суммарная ЭДС вторичных	обмоток равна
ЕΣ" = Елев"	. + Епр" . .	Из-за насыщения стали левого стержня ЕΣ"		< ЕΣ' = Еср. , следова-

тельно, уставки реле загрубляется и в данных условиях реле не срабатывает. Для срабатывания реле необходима большая рабочая МДС. Если увеличить МДС тормозной обмотки Fт в два раза, то в левом стержне НТТ заметно возрастает МДС FΣ"лев. . Однако из-за насыщения стали НТТ это приведет лишь к

небольшому увеличению магнитной индукции +В''пр. . В правом стержне НТТ изменяется не только величина, но и знак суммарной МДС FΣ"пр. . Вызываемая

FΣ"пр. в правой обмотке магнитная индукция В''пр. наводит ЭДС в правой обмоткеЕпр" . другого знака. Результирующая ЭДС ЕΣ" станет меньше ЕΣ" преды-

дущего случая. Следовательно, для того, чтобы реле сработало, требуется еще большее увеличение МДС рабочей обмотки.

3.Токи тормозной и рабочей обмоток сдвинуты по фазе на 900. Если Iт и Iр сдвинуты на 900, то торможение оказывается меньшим, чем при совпадении фаз тока. Если ток в тормозной обмотке отстает от тока рабочей обмотке на 900, то в левом стержне НТТ тормозная МДС Fт отстает от рабочей МДС Fр на 900. Суммарная ЭДС ЕΣ"'лев. пропорциональная максимальному

значению суммарной МДС FΣ'"лев. и отстает от нее на 900.

16

17

В правом стержне НТТ тормозная МДС Fт опережает рабочую МДС Fр на 900. Суммарная ЭДС Епр'" . пропорциональная максимальному значению

суммарной МДС FΣ'"пр. и отстает от нее на 900. Суммарная ЭДС на выходе вторичной обмотки ЕΣ'" равна сумме ЭДС обмоток правого и левого стержней.

	В'"лев.
	-В'"лев.	F
		FΣ'"лев.
	Fт
	t	Fр
	F '"	ЕΣ'"лев.

Σлев.

Fт

Fр

В"'пр.				ЕΣ"'
				ЕΣ'"пр.
-В'"пр.	Fт	F	'"	ЕΣ'"лев.
		F '"	FΣлев.
		Σпр.
		Fр	FΣ"'	FΣ'"пр.

t

ЕΣ'"пр.

Fр

Fт

FΣ'"пр.

Сопоставляя векторные диаграммы можно установить, что при одинаковых значениях рабочих и тормозных МДС ЕΣ" < ЕΣ"' < ЕΣ' = Еср. эффект тормо-

жения оказывается меньшим при угловом сдвиге Fт относительно Fр на 900, чем при совпадении их по фазе или сдвиге на 1800.

Тормозные характеристики Тормозная МДС, ухудшая условия трансформацию между первичной и вторичной обмотками, приводит к увеличению МДС срабатывания.

Зависимость МДС срабатывания реле от изменения МДС тормозных обмоток называется тормозной характеристикой. Поскольку МДС срабатывания зависит не только от абсолютной величины МДС торможения, но и от угла сдвига между рабочей и тормозной МДС, от соотношения величины тормозных токов в тормозных обмотках, от схемы включения этих обмоток, то существует семейство характеристик.

Кривые I и II представляют собой соответственно наибольшую и наименьшую зависимость Fср=f(Fт). Характеристика I используется при определении чувствительности защиты, а II - при определении числа витков тормозной обмотки. Верхняя тормозная характеристика I соответствует характе-

17