Защита должна реагировать на следующие виды повреждений и нарушения нормального режима работы трансформаторов: 1) к. з. на вводах или в обмотках со стороны питания; 2) внутреннее междувитковое замыкание в обмотках; 3) перегрузка; 4) любые внутренние повреждения, сопровождаемые выделением газа и перегревом масла.
Для трансформаторов, работающих в электроустановках гидромеханизации, предусматриваются следующие виды защит.
Плавкие предохранители
На трансформаторах напряжением 6/0,4 кВ, мощностью до 400 кВ-А (560 κΒ·Α — пο старому стандарту), работающих на землесосных снарядах, насосных станциях и других установках гидромеханизации, применяется, как правило, защита плавкими предохранителями. Кроме того, в сетях электроснабжения гидромеханизации на некоторых комплектных передвижных трансформаторных подстанциях 35/6 кВ зарубежного производства, например завода «Шкода» (ЧССР), предохранители применены для защиты трансформаторов мощностью до 3150 кВ·А.
Предохранители в этих случаях осуществляют защиту от к. з. и перегрузки трансформаторов. Они устанавливаются на всех трех фазах между разъединителем и трансформатором, с тем чтобы замена предохранителей могла быть выполнена при отключенном напряжении.
Токовая отсечка
Токовая отсечка представляет собой защиту мгновенного действия от к. з. Поскольку ток к. з., воспринимаемый защитой, зависит от сопротивления цепи (см. § 13-7), то отсечка имеет ограниченную зону действия. Для защиты трансформаторов ток отсечки принимается таким, чтобы она не срабатывала при к. з. за трансформатором. Токовая отсечка может быть выполнена с помощью реле РТ (ИТ), а также на встроенных в привод реле РТМ.
Ток срабатывания реле отсечки определяется по формуле
(13-И)
где Iкз2— ток в обмотках со стороны источника питания при к. з. за трансформатором; ka — коэффициент надежности, равный 1,5—1,6 для реле РТ-80 (ИТ-80) и РТМ.
Коэффициент чувствительности, равный: (13-12)
где I — ток к. з. при к. з. перед трансформатором, должен быть не ниже 2.
Токовая отсечка устанавливается, как правило, в защите одиночных трансформаторов мощностью 6300 кВ-A и выше, а также на параллельно работающих трансформаторах ниже 4000 кВ-А.
Защита от перегрузки (максимальная токовая защита)
Для защиты от перегрузки используются реле с зависимой характеристикой времени РТ-80 (ИТ-80) или встроенные в привод реле прямого действия типа РТВ. Кроме того, применяются устройства защиты с независимой характеристикой времени, состоящие из реле мгновенного действия в сочетании с реле времени. Последние чаще всего работают на оперативном постоянном токе и в установках гидромеханизации применяются редко.
Реле типа РТВ подключаются непосредственно к вторичным обмоткам трансформаторов тока, устанавливаемым перед защищаемым трансформатором.
Защита с применением реле косвенного действия (РТ-80 или ИТ-80) выполняется по схеме, изображенной на рис. 43-7,б, в одно- или двухрелейном исполнении
Ток срабатывания реле определяется по формуле
(13-13)
Коэффициент надежности принимается kн=1,05.
Коэффициент возврата вводится в расчет, аналогично расчету защиты двигателей, для обеспечения возврата реле в исходное состояние при снятии перегрузки до того, как реле сработало на отключение трансформатора или сигнал.
Защита от перегрузки на отключение трансформатора применяется обычно только на необслуживаемых подстанциях1. 1
1 В силу того что перегрузка трансформаторов, как правило, симметрична, в обычных условиях достаточна защита по току одной фазы.
На трансформаторных подстанциях с дежурством персонала устанавливают защиту от перегрузки с действием на предупреждающий сигнал.
Дифференциальная защита
Защиты, рассмотренные выше, не обладают достаточной чувствительностью, чтобы реагировать на внутренние повреждения обмоток трансформаторов (например, междувитковое замыкание) или к. з. за пределами либо близко к границе зоны действия отсечки, неполное к. з. и др.
При двух параллельно работающих трансформаторах к. з. на одном из них может повести к отключению обоих, потому что в этом случае ток к. з. пройдет через оба трансформатора.
Рис. 13-14. Схема и принцип действия дифференциальной защиты трансформатора.
Дифференциальная защита является быстродействующим средством отключения трансформатора при его внутренних повреждениях а обладает селективностью по отношению к поврежденному трансформатору при двух параллельно работающих. Согласно ПУЭ дифференциальную защиту следует устанавливать на одиночных трансформаторах -мощностью от 6300 кВ-А и выше, а также на параллельно работающих — от 4000 кВ-А и выше. Кроме того, рекомендуется применение дифференциальной защиты на трансформаторах от 1000 кВ-А, если коэффициент чувствительности <2 1.
Ниже рассматривается принцип действия дифференциальной защиты (рис. 13-14).
По обе стороны защищаемого трансформатора установлены трансформаторы тока, вторичные обмотки которых соединены между собой. Катушка реле, подключенная к ним параллельно, обтекается током, равным алгебраической сумме вторичных токов I1 и I2. Сквозной ток любого значения, проходящий через защищаемый трансформатор, обусловливает встречное направление токов в катушке реле.
Если подобрать трансформаторы тока так, чтобы они по своим номинальным данным совпадали с соответствующими значениями тока в обмотках защищаемого трансформатора, то их вторичные токи были бы равны (поскольку вторичный номинальный ток трансформаторов тока равен 5 А). В этом идеализированном случае суммарный ток в катушке реле был бы равен нулю, поскольку слагаемые токи направлены встречно.
Отсюда следует, что сквозной ток любого значения, в том числе сквозной ток к. з., проходящий через защищаемый трансформатор, не вызовет срабатывания реле.
Если же произойдет повреждение в любой точке участка, охваченного трансформаторами тока, называемого зоной действия дифференциальной защиты, в том числе в защищаемом трансформаторе, баланс токов нарушится и по катушке пройдет ток
Реле дифференциальной защиты, срабатывая, должно отключить выключатели по обе стороны трансформатора, как показано на рисунке пунктиром.
Изложенное выше, как уже сказано, относится к идеальному случаю совпадения характеристик трансформаторов тока, без учета известных физических процессов в защищаемом трансформаторе, вызывающих образование естественного небаланса токов дифференциальной защиты.
1 Согласно ПУЭ в известных случаях дифференциальная защита должна применяться также и для защиты крупных электродвигателей (мощностью свыше 2000 кВт).
Конкретно образование небаланса токов дифференциальной защиты обусловлено следующими причинами.
- Выбор трансформаторов тока, совпадающих по номинальному току с токами обмоток защищаемого трансформатора, практически невозможен. Выбор ограничен шкалой номинальных токов трансформаторов тока, по которой выбирается ближайший больший по отношению к номинальному току защищаемого трансформатора. Такое несовпадение является причиной небаланса, возрастающего пропорционально сквозному току трансформатора.
- Схемы соединения обмоток защищаемого трансформатора неодинаковы. Например, в случае соединения обмоток в группу Υ/Δ-11 токи обмоток защищаемого трансформатора имеют относительный сдвиг по фазе, равный 30°, что является причиной небаланса токов в цепи реле. Компенсация сдвига токов по фазе осуществляется путем специального соединения вторичных обмоток трансформаторов тока по обе стороны защищаемого трансформатора.
- Характеристики трансформаторов тока в общем случае не совпадают. Это означает, что одному и тому же первичному току двух любых сравниваемых трансформаторов тока соответствуют различные значения вторичного тока. Указанное обстоятельство как причина образования небаланса в ветви реле усугубляется различием коэффициентов трансформации трансформаторов тока (см. п. 1) и их неоднородностью.
- Намагничивающий ток, протекающий только в первичной обмотке защищаемого трансформатора, также является причиной небаланса; токов при отсутствии повреждений в защищаемой зоне. При этом важнейшей причиной небаланса будет не установившееся значение намагничивающего тока, а бросок его при включении трансформатора на холостом ходу. Бросок намагничивающего тока в 6—8 раз превышает номинальный ток нагрузки и может вызвать ложное срабатывание дифференциальной защиты. Однако ввиду быстрого спада переходного тока отстройка от него возможна за счет некоторого искусственного увеличения собственного времени срабатывания релейных аппаратов. Достигается это путем введения в схему защиты промежуточных реле с повышенным значением собственного времени замыкания контактов.
Отстройка дифференциальной защиты от токов небаланса обеспечивается введением в формулу расчета тока срабатывания защиты относительно высоких коэффициентов надежности:
где kн— коэффициент надежности, принимаемый от kн=2 до kн=4. в зависимости от типа реле.
Газовая защита
Схема газовой защиты предусматривает следующие действия: 1) сигнал — в первой стадии при неинтенсивном газообразовании в трансформаторе, заполненном маслом; 2) отключение выключателя при бурном выделении газов (рис. 13-15).
Рис. 13-15. Схема газовой защиты трансформатора.
Газовое реле Г, устанавливаемое на трансформаторе (см. § 13-3, рис. 13-11), имеет две лары контактов. На первой стадии замыкаются контакты 1, в результате чего получает питание промежуточное реле П1, контакты которого, закрываясь, замыкают цепь сигнализации. На второй стадии замыкаются контакты 2 газового реле через промежуточное реле П2, в результате чего получает питание катушка электромагнита отключения ЭО привода выключателя В. Одновременно срабатывает указательное реле У, сигнализируя об отключении выключателя в результате действия газовой защиты.
Цепи защиты подключаются к источнику оперативного переменного тока —трансформатору напряжения ТН через блок-контакты КСО, которые замыкаются при включенном выключателе В.
