17. ЗАЩИТА РЕГУЛИРУЕМЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
а) Защита переключающих устройств
Способы защиты трансформаторов с регулированием напряжения под нагрузкой выбираются в зависимости от назначения трансформатора, конструкции переключающего устройства и общих требований надежности. Для силовых трансформаторов, оборудованных встроенным переключением ответвлений под нагрузкой, помимо основных видов защит, действующих при повреждениях трансформатора и ненормальных режимах его работы, никаких специальных видов защиты не предусматривается. Выбор основной защиты рекомендуется все же производить с учетом изменений абсолютных значений первичных и вторичных токов, обусловленных соответствующим изменением коэффициента трансформации. Установки с выносными вольтодобавочными трансформаторами, предназначенными для регулирования напряжения основного силового трансформатора, наоборот, требуют специальной защиты, о которой будет сказано ниже.
Не касаясь общеизвестных способов защиты силового трансформатора, остановимся на некоторых видах защитных мероприятий, применяемых для переключающей аппаратуры. К ним относятся механические и электрические блокировки различных элементов, сигнализация, указание неисправности и как крайняя мера — отключение трансформатора от сети. Эти мероприятия могут предупредить следующие основные виды повреждений, которые могут иметь место в переключателях любых конструкций:
1. Вывод переключающего устройства за крайние положения. Переключатели с расположением неподвижных контактов на внутренней поверхности полого цилиндра обычно не имеют кругового вращения и подобное повреждение может привести к аварии. В устройствах типа РНТ, оборудованных ламповой сигнализацией, выполненной на постоянном токе, имели место такие повреждения. Из-за недостаточно четкой регулировки блокировочных предельных выключателей последние не отжимались поводком лампового указателя и цепь катушки контактора не разрывалась. При этом повреждается ведущий штифт мальтийской передачи и дальнейшая работа переключателя невозможна. Регулировка предельных выключателей, очевидно, будет достаточной для предупреждения неполадок. При ручном переключении такое повреждение не будет иметь места из-за надежной механической блокировки вращения механизма.
2. Включение приводного электродвигателя в момент операций с переключателем вручную — с помощью приводной рукоятки. Такое нежелательное включение предотвращается путем разрыва цепи питания электродвигателя блокировочным выключателем. Блокировка пуска осуществляется отжатием поводка выключателя при насаживании рукоятки на вал привода.
3. Повреждения приводного электродвигателя. От основных видов повреждений — коротких замыканий и затяжных пусков — приводные электродвигатели защищаются предохранителями. Номинальный ток электродвигателей типа ПН-2,5 мощностью 0,3 кВт и напряжением 220 в составляет около 2,1 а. Считая кратность пускового тока равной 4—5, выбираем предохранитель не больше чем на 5 а. В некоторых случаях может быть рекомендована тепловая защита электродвигателя от перегрузок в сочетании с сигнализацией. Этот вид защиты при достаточной чувствительности будет также реагировать на повреждения, связанные с обрывом одной из фаз электродвигателя. Особое внимание следует уделять правильному чередованию фаз при включениях реверсивных электродвигателей. В качестве элемента, контролирующего направление вращения приводного электродвигателя, может быть применено реле контроля скорости, предотвращающее неправильное включение пусковой аппаратуры.
4. Переключение со ступени на ступень затянулось или по каким-либо причинам осталось незаконченным. Повреждение может быть следствием неисправности приводного механизма. В зависимости от конструкции переключающего устройства и типа токоограничивающих сопротивлений последствия повреждения будут различными. В переключателях с относительно низкими скоростями срабатывания и индуктивными сопротивлениями предусматривается только сигнализация затянувшегося переключения. После начала вращения приводного механизма обычно загорается сигнальная лампа, подключаемая контроллером. Такой чисто визуальной сигнализации может оказаться недостаточно для трансформаторов, работающих без обслуживающего персонала. В этих случаях можно рекомендовать применение сигнализации с выдержкой времени, по истечении которой происходит отключение трансформатора от сети.
При исчезновении и последующем восстановлении вспомогательного питания предусматривается блокировка возврата механизма в исходное положение, о которой говорилось в § 7.
Защита от незавершенных переключений приобретает важное значение в конструкциях, оборудованных омическими токоограничивающими сопротивлениями, не допускающими длительного включения. Однако до настоящего времени применение каких-либо специальных защит переключателей не предусматривается. Из-за очень высокого быстродействия последних ограничиваются разного рода блокировками. Принято считать, что переключатель с пружинным приводом всегда будет доведен пружиной до очередного положения. В этих случаях больше полагаются на работоспособность пружин, чем на специальные виды защиты, что заставляет выбирать пружины с повышенным запасом прочности.
5. Перегрев токоограничивающих сопротивлений. Этот вид повреждений опасен для омических сопротивлений и является следствием длительного нахождения под током (см. предыдущий пункт) или большого числа переключений, происходящих за короткий промежуток времени.
Против перегрева сопротивлений рекомендуется предусматривать контроль и сигнализацию температуры масла. В зарубежной практике, кроме Того, предусматривается газовая защита с действием на отключение трансформатора в случае сильного газовыделения в камере сопротивлений. Последние выбираются с известным запасом по термическим условиям и снабжаются каналами для дополнительной циркуляции масла, улучшающей охлаждение сопротивлений.
В случае повышения давления в баке контакторов (вследствие перегрева сопротивлений) в качестве защитной меры может быть применена мембрана, однако на обслуживаемых трансформаторных подстанциях рекомендуется иметь также сигнализацию повышения давления.
6. Наиболее тяжелые повреждения могут возникать при совпадении процесса переключения с короткими замыканиями в системе. Если команда на переключение подана, когда короткое замыкание уже началось, то в отдельных случаях она может быть отменена органом управления, реагирующим на резкое изменение регулируемой величины. Так, если выдержка времени при переключении еще не кончилась, срабатывает блокировка элемента минимального напряжения и отключает реле регулирования напряжения, предотвратив переключение при этом аварийном режиме.
Случаи возникновения короткого замыкания в момент перехода переключателя с одной ступени регулирования на другую (т. е. когда идет процесс переключения) можно считать маловероятными. В этих редких случаях совпадения короткого замыкания с процессом переключения трудно обеспечить полную неповреждаемость переключающего устройства, даже если предусматривать отключение трансформатора от сети.
б) Особенности защиты вольтодобавочных и регулировочных трансформаторов
В случае дополнительной установки к основным трансформаторам вольтодобавочных агрегатов, состоящих из одного регулировочного или регулировочного и последовательного трансформаторов, к ним предъявляют определенные требования в части релейной защиты. Помимо защит основного трансформатора, предусматривают специальные виды защит, действующих на отключение основного трансформатора при повреждениях в вольтодобавочном агрегате. В качестве основной защиты от внутренних повреждений предусматривается газовая защита, которая ничем не отличается от защиты силовых трансформаторов. В соответствии с Правилами устройства электроустановок дополнительно к ней устанавливается максимальная токовая защита, выполняемая в двух вариантах: токовая защита с магнитным торможением и токовая защита с блокировкой при внешних коротких замыканиях. Кроме того, предусматривается дифференциальная защита, выполняемая отдельно для последовательного трансформатора и для вольтодобавочного агрегата вместе с силовым трансформатором. Этот вид защиты выполняют примерно так же, как и для обычных силовых Трансформаторов, поэтому здесь ограничимся рассмотрением специальных видов максимальной токовой защиты.
Рис. 62. Принципиальная схема защиты вольтодобавочного агрегата, установленного для регулирования напряжения основного трансформатора,
1 — основной транс форматор; 2 — регулируемый трансформатор; 3 — последовательный автотрансформатор; РТ — реле тока; ТО —тормозные, РО — рабочая, ВО — вторичная обмотки реле; П — промежуточное, У — указательное реле.
Защита с магнитным торможением может быть выполнена с применением трансформаторных реле типа ДЗТ или на базе токовых тормозных реле типа МЗТ [Л. 29]. Схема включения приборов защиты вольтодобавочного трансформатора с использованием реле типа ДЗТ показана на рис. 62. Рабочая обмотка реле подключается к трансформаторам тока, установленным со стороны первичной обмотки регулировочного трансформатора, а тормозные обмотки — к трансформаторам тока
силового трансформатора. В нормальном режиме и при внешних коротких замыканиях Iт > Iр и реле не срабатывает. При коротких замыканиях в защищаемом трансформаторе ток Iр>Iт и реле, срабатывая, дает импульс на отключение основного трансформатора. Такая защита является быстродействующей и обеспечивает надежную работу.
Рис. 63. Схема включения реле при максимальной токовой защите вольтодобавочного агрегата с блокировкой при внешних коротких замыканиях.
1 — токовое реле блокировки; 2 — токовое реле максимальной защиты вольтодобавочного трансформатора; 3 — реле времени; 4 —промежуточное; 5 — указательное реле; 6—выходное реле защиты; B1 и В2 — масляные выключатели основного трансформатора.
Другой вариант максимальной токовой защиты — с блокировкой при внешних коротких замыканиях — представлен на рис. 63. В схеме защиты оперативный ток максимальной токовой защиты подается через промежуточное реле блокировки. При внешних коротких замыканиях токовое реле блокировки 1 срабатывает и снимает оперативный ток с максимальной защиты вольтодобавочного трансформатора. При коротком замыкании в вольтодобавочном агрегате ток замыкания со стороны блокировки мал, реле 1 не работает и оперативный ток через промежуточное реле 4 подается на реле 2. Защита срабатывает, отключает основной, а вместе с ним и вольтодобавочный агрегат.
Как видно из рис. 63, защита с блокировкой весьма проста, однако она менее надежна, чем предыдущая, и имеет ряд недостатков. Так, защита может отказать при коротком замыкании в вольтодобавочном трансформаторе, если ток в блокирующем реле больше максимального расчетного тока короткого замыкания. Кроме того, при промежуточных замыканиях на выводах первичной обмотки вольтодобавочного трансформатора защита также может не сработать, так как при этом ток замыкания на стороне блокирующих реле превышает их ток срабатывания.
