Глава шестая
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА
6-1. Принцип действия и область применения
Принцип действия продольной дифференциальной токовой защиты известен уже более 70 лет. Принципиальная схема дифференциальной защиты (в дальнейшем будем опускать слово «продольная») с циркулирующими токами показана на рис. 6-1 для одной фазы какого-то элемента, имеющего в начале и в конце одинаковые по значению первичные токи (/ы = /1-2). С обеих сторон защищаемого элемента установлены трансформаторы тока ITT и 2ТТ, ограничивающие зону действия дифференциальной защиты. Вторичные обмотки ITT и 2ТТ соединяются последовательно (конец ITT с началом 2ТТ), а токовое реле дифференциальной защиты ТД подключается к ним параллельно.
При к. з. в точке К за пределами зоны действия дифференциальной защиты (такое к.з. называется внешним или сквозным), а также в нормальном режиме нагрузки вторичные токи трансформаторов тока соответственно /2-1 и /2-2 циркулируют по соединительным проводам (плечам) защиты (рис. 6-1,а). При одинаковых коэффициентах трансформации трансформаторов
Рис. 6-1. Принципиальная схема продольной дифференциальной зашиты с циркулирующими токами: а — токо- распределение при внешнем к. з.; б — то же при к. з. в зоне действия защиты
тока ITT и 2ТТ и их работе без погрешностей значения вторичных токов /2-i и /2-2 равны между собой, а направления их в реле ТД — противоположны. Следовательно, в рассматриваемом идеальном случае ток в реле ТД
(6-1)
Таким образом, по принципу действия дифференциальная защита не реагирует на повреждения вне ее зоны действия, т. е. на соседних элементах (линиях, двигателях и т.п.), и поэтому может быть выполнена без выдержки времени. Эта защита относится к группе защит с абсолютной селективностью [2].
Практически в режиме нагрузки, и особенно при внешнем к. з., ток в реле ТД не может быть равен нулю, поскольку трансформаторы тока ITT и 2ТТ имеют разные значения погрешностей, и даже при равных первичных токах вторичные токи /2-1 и /2-2 не равны между собой. Ток в реле ТД в режимах нагрузки
и внешнего к. з. называется током небаланса /нб. И выражение (6-1) следует изменить:
(6-1 а)
Для обеспечения несрабатывания дифференциальной защиты в этих режимах ток срабатывания реле ТД выбирается большим, чем ток небаланса:
(6-2)
где kn — коэффициент надежности, принимаемый для современных дифференциальных защит около 1,3.
При к. з. в зоне действия дифференциальной защиты (рис. 6-1,6) в случае двустороннего питания защищаемого элемента, направления первичного тока /1-2 и вторичного тока /2-2 изменяются на 180°. При этом в реле ТД проходит сумма токов к. з.:
и реле ТД срабатывает на отключение поврежденного элемента от источников питания. В случае одностороннего питания в реле ТД проходит один из токов к. з.: /2-1 или /2-2. При этом дифференциальная защита также должна срабатывать на отключение. Режим одностороннего питания является расчетным при оценке чувствительности дифференциальной защиты, которая производится с помощью коэффициента чувствительности [1]
(6-3)
где /р. мин = /2-1 ИЛИ /2-2 (рис. 6-1,6).
В соответствии с Правилами [1] продольная дифференциальная защита должна устанавливаться на трансформаторах мощностью 6,3 MB-А и более, а также на трансформаторах 4 MB-А при их параллельной работе. Кроме того, дифференциальная защита устанавливается на трансформаторах 1—2,5 MB-А в тех случаях, когда токовая отсечка не удовлетворяет требованиям чувствительности (§ 5-2), а максимальная токовая защита имеет время срабатывания более 0,6 с. Дифференциальная защита предусматривается также для трансформаторов 1—2,5 MB-А, устанавливаемых в районах, подверженных землетрясениям (поскольку газовая защита здесь может использоваться только с действием на сигнал).
6-2. Особенности выполнения дифференциальной защиты трансформаторов
Силовой трансформатор, в отличие от линии, генератора, двигателя, имеет несколько характерных особенностей, влияющих на выполнение его продольной дифференциальной защиты.
В силовом трансформаторе в обмотке со стороны источника питания проходит ток намагничивания, отсутствующий в других обмотках и поэтому попадающий в реле ТД как ток небаланса.
В нормальном режиме значение тока намагничивания не превышает нескольких процентов номинального тока. Например, для трансформаторов 110 кВ (ГОСТ 12965—74) ток намагничивания от 1,5 до 0,55% номинального тока. Но при включении трансформатора под напряжение или при восстановлении напряжения после отключения близкого к. з. бросок тока намагничивания может в 5—8 раз превысить номинальный ток трансформатора. Поэтому отстройка дифференциальной защиты (обеспечение ее несрабатывания) от бросков тока намагничивания является самой сложной задачей, не решенной до конца и в настоящее время.
В силовом трансформаторе первичные токи обмоток ВН, СН и НН не равны между собой, а коэффициенты трансформации стандартных трансформаторов тока таковы, что практически невозможно с их помощью сделать равными между собой вторичные токи в плечах дифференциальной защиты (12-\ и /2-2 на рис. 6-1). Неравенство значений вторичных токов вызывает ток небаланса, как это видно из выражения (6-1а).
Неравенство значений вторичных токов и ток небаланса могут также возникнуть за счет:
различных погрешностей, с которыми работают разнотипные трансформаторы тока (ITT и 2ТТ на рис. 6-1);
регулирования напряжения на одной из сторон трансформатора, на которой и будут изменяться значения первичного и вторичных токов при неизменных значениях токов на других сторонах;
углового сдвига между первичными токами в фазных выводах трансформатора при стандартной группе соединения обмоток У/Д-11 (рис 1-3); если не принять специальных мер, этот же угловой сдвиг будет и между вторичными токами.
Перечисленные особенности силового трансформатора определяют и особенности его дифференциальной защиты, для выполнения которой должны быть решены две основные задачи: отстройка от бросков тока намагничивания, возникающих при включении трансформатора;
отстройка от токов небаланса при внешних к.з.
3. Способы отстройки от бросков тока намагничивания при включении под напряжение
Ток намагничивания при включении силового трансформатора под напряжение может достигать, как уже указывалось, 8-кратного значения номинального тока, но он быстро затухает и через 0,5—1 с становится уже намного меньше номинального. Эта особенность использовалась для выполнения грубых, но быстродействующих дифференциальных защит — так называемых дифференциальных отсечек. Ток срабатывания этой отсечки выбирается в 3—4 раза большим номинального тока трансформатора. Благодаря такой грубой настройке и с учетом некоторого замедления срабатывания (собственного времени выходного промежуточного реле) дифференциальная отсечка может быть отстроена от бросков тока намагничивания, но лишь за счет низкой ее чувствительности при к. з. в зоне действия. Именно из-за низкой чувствительности дифференциальная отсечка применяется крайне редко и не предусматривается в новых Правилах [1].
Для отстройки от броска тока намагничивания применялась и выдержка времени 0,5—1 с, однако с начала 1950-х годов в СССР такое выполнение дифференциальной защиты не допускается, независимо от типа и места включения защищаемого
Рис. 6-2. Характерная кривая броска тока намагничивания в одной из фаз при включении силового трансформатора под напряжение (а) и кривая тока к. з. (б)
трансформатора. Исключение составляют дифференциальные защиты, которые устанавливаются совместно с другими — быстродействующими дифференциальными защитами в роли вспомогательных, например, для защиты понижающего трансформатора от к.з. на стороне НН [5].
В настоящее время наиболее широко применяются дифференциальные защиты, в которых для отстройки от бросков тока намагничивания используются особенности несинусоидальной формы кривой тока в дифференциальной цепи при включении трансформатора под напряжение, а именно:
смещение кривой броска тока намагничивания в одну сторону от нулевой линии и отсутствие обратных полуволн (рис. 6-2,а);
наличие в броске тока намагничивания бестоковых пауз длительностью около 7—10 мс именно за счет отсутствия обратных полуволн в токах намагничивания (рис. 6-2,а);
большое содержание в броске тока намагничивания четных гармоник (главным образом второй).
Подавляющее большинство дифференциальных защит в СССР выполнено на отечественных реле серий РНТ и ДЗТ, в которых для отстройки от бросков тока намагничивания используется первая из перечисленных особенностей. В этих реле исполнительный орган (токовое реле) включен в дифференциальную цепь защиты через промежуточный трансформатор, работающий с повышенной индукцией в магнитопроводе. Когда в первичную обмотку такого трансформатора тока подается однополярный ток (рис. 6-2, а), апериодическая составляющая этого тока вызывает глубокое насыщение магнитопровода, весь первичный ток становится током намагничивания и, таким образом, в идеальном случае во вторичную обмотку не трансформируется. Следовательно, исполнительный орган, включенный на вторичную обмотку насыщенного трансформатора тока, не может сработать. Такой трансформатор тока называется быстронасыщающимся (БНТ) или насыщающимся (НТТ).
Если происходит к.з. в зоне действия защиты и через первичную обмотку НТТ проходит синусоидальный (двухполярный) ток к.з. (рис. 6-2,6), то НТТ трансформирует этот ток во вторичную обмотку и обеспечивает срабатывание исполнительного органа реле РНТ или ДЗТ. Надо отметить, что ток к. з. также может иметь апериодическую составляющую, которая насыщает НТТ и препятствует трансформации периодической составляющей. Но апериодическая составляющая тока к. з. быстро затухает, после чего реле срабатывает за счет периодической составляющей. Полное время срабатывания защиты с НТТ при самых неблагоприятных условиях не превышает 0,12 с [22].
В отличие от описанного идеального случая реальный НТТ трансформирует часть однополярного тока намагничивания. Кроме того, при включении трехфазного трансформатора под напряжение в одной из фаз может отсутствовать апериодическая составляющая броска тока намагничивания (так называемый периодический бросок тока намагничивания, который хорошо трансформируется НТТ). Такая форма кривой тока на входе НТТ может иметь место и в том случае, если основные трансформаторы тока дифференциальной защиты работают с большими погрешностями и трансформируют только периодическую составляющую броска тока намагничивания. Все эти возможные случаи не позволяют выполнить с помощью НТТ высокочувствительную дифференциальную защиту силовых трансформаторов. Практически принимается ток срабатывания для реле РНТ /с. з ^ 1,3/ном гр, а для ДЗТ /с. з ^ 1,5/ном гр, т. е. больше номинального тока защищаемого трансформатора.
Применяемый в основном в зарубежной практике способ отстройки от броска тока намагничивания с помощью второй гармоники позволяет выполнить дифференциальную защиту с током срабатывания, меньшим номинального тока трансформатора, но имеет известные недостатки: существенное замедление срабатывания при к. з. в зоне и даже возможность отказа при больших кратностях тока к. з., когда во вторичном токе глубоко насыщенных трансформаторов тока дифференциальной защиты появляются четные гармоники. Во избежание отказа отключения поврежденного трансформатора дополнительно устанавливается грубая дифференциальная отсечка.
С помощью полупроводниковых элементов появилась возможность использовать для отстройки от броска тока намагничивания и различие длительности бестоковых пауз в броске тока намагничивания и в токе к.з. при повреждении в трансформаторе (рис. 6-2,а и б). Исследования последних лет показали, что при всех основных вариантах формы кривой броска тока намагничивания имеется бестоковая пауза. Она фиксируется специальной схемой и сравнивается с заранее заданным значением паузы. Если зафиксированная пауза оказывается больше, чем заданное значение, действие защиты запрещается. Дифференциальное реле, использующее этот принцип, названо время-импульсным [2, 21], и на его основе создана дифференциальная защита типа ДЗТ-21. При к.з. в зоне действия защиты бестоковые паузы в токе к. з. могут иметь место лишь при больших кратностях тока, когда происходит глубокое насыщение основных трансформаторов тока дифференциальной защиты. Учитывая возможность бездействия время-импульсного реле, в защите на этот случай предусмотрена дополнительная дифференциальная токовая отсечка с большим током срабатывания.
Предлагаются и другие способы отстройки дифференциальных защит трансформаторов от броска намагничивающего тока, использующие описанные отличия формы кривой этого тока от синусоиды. Например, разработана полупроводниковая приставка к реле серий РНТ-560 и ДЗТ-10, которая загрубляет эти реле при появлении паузы в первой производной броска дифференциального тока. Такая приставка могла бы значительно повысить чувствительность существующих дифференциальных защит трансформаторов к токам к. з.
4. Способы отстройки от тока небаланса при внешнем к. з.
В переходном процессе, возникающем в начальный момент внешнего к. з., кривая тока небаланса в дифференциальной цепи (реле ТД на рис. 6-1, а) аналогична по форме кривой броска тока намагничивания при включении трансформатора (рис. 6-2, а). Поэтому выбранный для защиты способ отстройки от броска тока намагничивания обеспечивает и отстройку от апериодического тока небаланса при внешнем к.з. В этом режиме наибольшую опасность представляет периодическая составляющая тока небаланса, практически прямо пропорциональная периодическому току внешнего к.з. Для выполнения чувствительной дифференциальной защиты необходимо в первую очередь устранить или ограничить ток небаланса, а затем надежно отстроить защиту от максимального значения тока небаланса, которое может иметь место в наиболее неблагоприятных условиях внешнего к. з.
Устранение углового сдвига между вторичными токами в плечах дифференциальной защиты. В трансформаторах со схемой соединения обмоток Y/Д-П имеется угловой сдвиг на 30° между первичными токами соответствующих фаз на сторонах ВН и НН (рис. 1-3). Для устранения подобного сдвига между вторичными токами, который является причиной очень большого тока небаланса [2], принято вторичные обмотки трансформаторов тока ITT, установленных на стороне ВН (рис. 6-3,а), соединять в такой же треугольник, как и обмотка ЯЯ, а вторичные обмотки 2ТТ — в такую же звезду, как и обмотка ВН защищаемого трансформатора. При правильной сборке схемы трансформаторов тока ITT создается сдвиг вторичных токов в плече ВН (12вн на рис. 6-3, в) на такой же угол 30°, как и первичных токов в фазах стороны ЯЯ (Л нн на рис. 6-3, б) и, следовательно, вторичных токов в плече ЯЯ. Этим обеспечивается совпадение по фазе вторичных токов, подводимых к дифференциальным реле (рис. 6-3, в). Поэтому ток в дифференциальных реле всех фаз при отсутствии других причин возникновения тока небаланса
Правильность сборки схемы дифференциальной защиты трансформатора обязательно проверяется перед включением трансформатора и затем после его включения под нагрузку [15].
Устранение неравенства абсолютных значений вторичных токов в плечах дифференциальной защиты. Для того чтобы устранить или свести к минимуму ток небаланса, возникающий по причине неравенства вторичных токов, применяются в основном два способа:
выравнивание вторичных токов, подводимых к дифференциальному реле, с помощью промежуточных трансформаторов тока, включенных в плечи дифференциальной защиты;
выравнивание в самом дифференциальном реле магнитодвижущих сил (м. д. с.), создаваемых неодинаковыми по значению токами плеч дифференциальной защиты.
Первый из способов имеет ряд недостатков и сейчас практически не применяется. Второй способ широко используется благодаря тому, что в типовых дифференциальных реле серий РНТ-560 и ДЗТ-10 предусмотрены специальные уравнительные обмотки с большим числом ответвлений. Если, например, у двухобмоточного трансформатора имеются два значения вторичных токов: 3 и 5 А (ток небаланса равен 2 А), то, подобрав для стороны с током 3 А число витков уравнительной обмотки, равное 10, а для стороны с током 5 А — число витков, равное 6, получим равенство абсолютных значений м. д. с., представляющих произведение числа витков данной обмотки и проходящего по ней тока:
Поскольку магнитодвижущие силы имеют такие же условные направления, что и создающие их токи, разность этих сил в обеих уравнительных (первичных) обмотках НТТ равна нулю (рис. 6-4), ток в его вторичной обмотке w2 равен нулю и, следовательно, ток небаланса в исполнительном органе ИО также равен нулю.
Рис. 6-3. Схема соединения трансформаторов тока и реле дифференциальной токовой защиты двухобмоточного трансформатора Y/Л-11 (а), векторные диаграммы первичных токов фаз А, В и С на сторонах ВН и НН трансформатора (б) и вторичных токов в плечах ВН и НН дифференциальной защиты (в)
В реле серий РНТ-560 и ДЗТ-10 могут быть установлены лишь целые числа витков уравнительных обмоток, поэтому точного равенства м. д. с. удается добиться далеко не всегда. Оставшееся неравенство (небаланс) м.д. с. приводит к появлению
Рис. 6-4. Выравнивание магнитодвижущих сил с помощью уравнительных обмоток дифференциального реле (для одной фазы)
Wyp! = 10 вит.; 0Уур2=6 вит.
тока небаланса, который должен учитываться при выборе тока срабатывания защиты.
Ограничение тока небаланса, вызванного полной погрешностью трансформаторов тока. Правила [1], требуют, чтобы все трансформаторы тока в схемах релейной защиты работали с полной погрешностью не более 10%. Для дифференциальных защит 10%-ная погрешность должна обеспечиваться при максимальном значении тока внешнего к. з. [2, 3 и 5]. В ряде случаев можно добиться, чтобы погрешность трансформаторов тока была ниже 10%, путем уменьшения сопротивления вторичной нагрузки (главным образом при увеличении сечения соединительных проводов) или последовательного включения двух трансформаторов тока на фазу. Однако полностью устранить ток небаланса, вызванный погрешностью трансформаторов тока, невозможно. Поэтому он должен учитываться при выборе тока срабатывания защиты.
Отстройка от тока небаланса. В дифференциальных защитах трансформаторов отстройка от тока небаланса с целью обеспечения несрабатывания защиты при внешних к.з. осуществляется в основном двумя способами:
путем выбора тока срабатывания большим, чем максимальное расчетное значение тока небаланса /нб, по условию (6-2); этот способ используется для защит с реле серии РНТ-560;
путем торможения (загрубления) дифференциальной защиты вторичным током внешнего к.з., циркулирующим в плечах защиты; этот способ используется для защит с реле серии ДЗТ-10.
И в том и в другом случаях необходимо определить максимальное расчетное значение тока небаланса при внешнем к. з.
Расчетное значение тока небаланса. Расчетный ток небаланса в дифференциальных защитах трансформаторов принято представлять в виде суммы трех составляющих [2, 3, 5, 21—23]:
(6-4)
где /нб — составляющая, обусловленная разностью намагничивающих токов трансформаторов тока в плечах дифференциальной защиты; в практических расчетах ее принято считать равной току намагничивания или полной погрешности е худшего из трансформаторов тока защиты; /нб — составляющая, обусловленная регулированием напряжения и, следовательно, изменением первичного тока только на регулируемой стороне трансформатора; Гн'в — составляющая, вызванная неточностью выравнивания м. д. с. с помощью уравнительных обмоток реле с НТТ.
Первая из составляющих, характерная для дифференциальной защиты любого из элементов электроустановок,
/(3)
где /к. макс. вн ~ периодическая составляющая тока при расчетном внешнем трехфазном металлическом к. з.; е — относительное значение тока намагничивания, равное полной погрешности трансформаторов тока; при проектировании принимается равным 0,1 при обязательном выборе трансформаторов тока и сопротивления их вторичной нагрузки по кривым предельных кратностей [5]; в условиях эксплуатации может быть определено по фактическим вольт-амперным характеристикам трансформаторов тока; &апер — коэффициент апериодичности, учитывающий переходный режим; для реле с НТТ может быть принят равным 1, учитывая способность НТТ насыщаться при переходном однополярном токе с формой кривой, аналогичной кривой на рис. 6-2, а; &0Дн — коэффициент однотипности, принимается равным 1; может приниматься равным 0,5, если трансформатор присоединен к сети через два выключателя с одинаковыми трансформаторами тока (но только при рассмотрении внешнего к. з. на этой стороне).
Вторая составляющая, обусловленная регулированием напряжения защищаемого трансформатора и характерная только для дифференциальных защит силовых трансформаторов,
(6-6)
где /а к. макс. вн и /к. макс. вн периодические составляющие ТОКОВ, проходящих при расчетном внешнем к.з. на сторонах, где производится регулирование напряжения (токи приведены к напряжению какой-то одной из сторон трансформатора); ДUma и Д£/*3 — относительные погрешности, обусловленные регулированием напряжения на сторонах защищаемого трансформатора, соответствуют половине суммарного (полного) диапазона регулирования напряжения на соответствующей стороне трансформатора.
Третья составляющая, обусловленная неточностью выравнивания м. д. с. с помощью уравнительных обмоток,
(6-7)
где w\ расч и шц расч — расчетные числа витков уравнительных обмоток; /ik. макс. вн и /п к. макс. вн — периодические составляющие токов к. з., проходящих при расчетном внешнем к. з. на сторонах, где используются соответственно целые числа витков w\ и w\u
Выражения (6-6) и (6-7) составлены применительно к трехобмоточному трансформатору; при двухобмоточном трансформаторе в правой части этих выражений исключаются вторые члены.
Оценка реальных значений тока небаланса. У современных понижающих трансформаторов 110 кВ предусматривается регулирование напряжения под нагрузкой (РПН) на стороне ВН в пределах ±16%, а на стороне СН (35 кВ)—регулирование напряжения на отключенном трансформаторе (ПБВ) в пределах ±5%. Таким образом наибольшие значения ДU*a и Д£/*& в выражении (6-6) равны 0,16 и 0,05 соответственно, а составляющая /нб равна 0,21/к. макс. вн (при к.з. на стороне СН). Принимая 1'иб — 0,I/к. макс. вн и условно считая 1'нб « 0,04/
к. макс. ВН»
с помощью выражения (6-4) получаем максимальное, но вполне реальное значение тока небаланса
При стандартном значении напряжения к. з. между обмотками ВН и СН трехобмоточного трансформатора иквн-сн ж 10% ориентировочное значение /к.макс.вн» 10/НомтР (§2-2). Следовательно, /нб » 3,5/ном Гр.
Если используются реле серии РНТ-560, то ток срабатывания дифференциальной защиты должен быть выбран по условию отстройки от тока небаланса (6-2), а именно:
Дифференциальная защита с такой уставкой считается чрезвычайно грубой и, следовательно, малоэффективной даже в том случае, если для нее будет получен по выражению (6-3) предусмотренный Правилами [1] минимальный коэффициент чувствительности, равный 1,5. Поэтому для трансформаторов 110 кВ, выпускаемых преимущественно с РПН (AU = ±16%), как правило, целесообразнее применять реле серии ДЗТ-10, которые обеспечивают отстройку (несрабатывание) дифференциальной защиты от токов небаланса при внешних к. з. с помощью торможения циркулирующим в плечах защиты током к. з. Такая защита практически всегда может иметь ток срабатывания не более 1,5/ном Тр (§ 6-6).
Для двухобмоточных трансформаторов 35 и 110 кВ в ряде случаев обеспечивается достаточная чувствительность защиты и при использовании реле РНТ, особенно при выполнении расчета уставок не при среднем положении регулятора РПН, как рекомендуется в [23], а при так называемом «оптимальном» положении РПН [5]. Поэтому реле серии РНТ-560 продолжают находить применение наряду с реле серии ДЗТ-10.
5. Дифференциальная защита с реле серии РНТ-560 (без торможения)
Рис. 6-5. Упрощенная схема дифференциальной защиты трансформатора на реле с НТТ серии РНТ-560 (для одной фазы) wji ю2; о>к —первичная, вторичная и короткозамкнутая обмотки НТТ; //О —исполнительный орган (электромагнитное реле РТ-40)
Устройство реле серии РНТ-560 и схема его включения. Упрощенная схема дифференциальной защиты с реле серии РНТ-560 (для одной фазы) приведена на рис. 6-5. Все реле этой серии состоят из НТТ с трехстержневым магнитопроводом, первичной, вторичной и короткозамкнутой обмотками, а также исполнительного органа #0. Реле отличаются друг от друга только количеством рабочих и уравнительных обмоток, составляющих первичную обмотку НТТ [19, 22].
Широко применяемые в распределительных сетях реле РНТ-565 имеют первичную обмотку, состоящую из рабочей обмотки wv и уравнительных ШУР1 И Wyp2 с большим числом ответвлений для наиболее точного выравнивания магнитодвижущих сил, создаваемых неодинаковыми вторичными токами защиты, а также для выполнения уставки срабатывания защиты.
Варианты включения первичной обмотки реле РНТ-565 приведены на рис. 6-6. Для двухобмоточного трансформатора (рис. 6-6, а\ достаточно использовать только уравнительные обмотки. В этом случае зажимы 2 и 6 реле соединяются, а перемычка 2—4 размыкается, т. е. обмотка wP остается разомкнутой. Для трехобмоточного трансформатора используются все три секции первичной обмотки (рис. 6-6, б).
Вторичная обмотка расположена на другом стержне магнитопровода НТТ, к ней подключен исполнительный орган (реле РТ-40) и резистор для подрегулировки его тока срабатывания.
Имеется разъем (накладка) 11—12 для измерения тока небаланса в исполнительном органе (рис. 6-5).
Короткозамкнутая обмотка wK предназначена для эффективной отстройки защиты от апериодической составляющей броска тока намагничивания при включении силового трансформатора, а регулируемый резистор /?к служит для усиления или ослабления этой отстройки. При использовании реле РНТ-565 для защиты трансформаторов устанавливается RK « 3 Ч- 4 Ом (для старых реле РНТ-562 это соответствует положению штепсельных винтов Б—Б). При предельной загрузке трансформаторов
Рис. 6-6. Принципиальная схема включения первичной обмотки НТТ реле РНТ-565 (для одной фазы) на двухобмоточном (а) и трехобмоточном (б) трансформаторе
тока дифференциальной защиты рекомендуется установить /?к« « 0,8-т- 1 Ом, что улучшает отстройку от бросков тока намагничивания. Надежность отстройки дифференциальной защиты от бросков тока намагничивания проверяется опытным путем: пятикратным включением трансформатора под напряжение со стороны основного питания.
Ток срабатывания дифференциальной защиты трансформаторов, выполненной на реле РНТ-565, как правило, определяется в соответствии с формулой (6-2), его значение практически всегда больше, чем ток, выбранный по условию отстройки от броска тока намагничивания трансформатора (1,3/номгр). Ток срабатывания реле определяется по выражению (5-2). Для того чтобы обеспечить этот ток срабатывания, необходимо на рабочей обмотке реле РНТ-565 установить число витков, определяемое по выражению:
(6-8)
где Fc. р — магнитодвижущая сила, необходимая для срабатывания реле, А; для реле РНТ-565 равна 100 ±5 А; для реле РНТ-562 (снятых с производства) 60 ± 4 А.
Указания и примеры расчета уставок дифференциальной защиты с реле РНТ-565 приведены в работах [5 и 23].
Полные схемы дифференциальной защиты трансформаторов с реле серии РТН-565. Типовые схемы дифференциальных защит понижающих трансформаторов разработаны в Руководящих указаниях [23]. Однако в некоторые из этих схем в последние годы были внесены изменения. Во-первых, не должна применяться схема защиты трехобмоточного трансформатора на переменном оперативном токе с дешунтированием электромагнитов управления, в которой в плечо дифференциальной защиты со стороны НН включены последовательно токовые реле максимальной защиты и зашунтированные контактами промежуточных реле этой защиты электромагниты отключения выключателя НН. Это объясняется тем, что после дешунтирования электромагнитов отключения резко увеличивается нагрузка на трансформаторы тока на стороне ЯЯ, возрастает их ток намагничивания и уменьшается вторичный ток, т. е. ток в одном плече дифференциальной защиты. При этом возникает повышенный ток небаланса, который может вызвать излишнее (неселективное) действие дифференциальной защиты при к. з. вне ее зоны. Поэтому реле максимальной защиты и дешунтируемые ЭО должны быть изъяты из цепей дифференциальной защиты и включены на отдельные обмотки трансформаторов тока на стороне НН трансформатора. Это указание относится и к двухобмоточным трансформаторам.
Рис. 6-7. Принципиальная схема включения реле РНТ-565 (ТДА> ТДС) дифференциальной защиты двухобмоточного трансформатора Y/А-11
Во-вторых, не должны применяться на трехобмоточных трансформаторах схемы дифференциальной защиты с реле РНТ, в которых в плече НН установлено только два трансформатора тока, включенные по схеме неполной звезды. При этом на одно из трех реле РНТ со стороны НН подается обратный провод неполной звезды. Известно, что в нормальном нагрузочном режиме в обратном проводе неполной звезды проходит ток, равный по значению фазному току тех фаз, где установлены трансформаторы тока, но имеющий обратное направление. Казалось, что условия для работы всех трех реле одинаковы. Однако в процессе эксплуатации выявилась возможность излишнего срабатывания защиты при внешних к.з. за счет срабатывания именно того реле, на которое со стороны НН подан обратный провод неполной звезды. Исследования показали, что в переходном режиме внешнего к. з. в реле тех двух фаз, где есть трансформаторы тока, проходят однополярные токи небаланса, от которых реле с НТТ хорошо отстроены. В том реле, на которое подан обратный провод, ток небаланса может не иметь апериодической составляющей и реле может сработать при внешнем к.з.
Таким образом схема дифференциальной защиты с реле РНТ с двумя трансформаторами тока на стороне НН может применяться только на двухобмоточных трансформаторах и при условии, что установлено только два реле РНТ (рис. 6-7). В случае применения реле РНТ на трехобмоточных трансформаторах на стороне НН должны быть обязательно установлены три трансформатора тока, а в схеме защиты — три реле. Последнее требование объясняется тем, что на трехобмоточных трансформаторах со схемами соединения обмоток У/У/А или у/Л/У трехрелейная схема имеет в два раза более высокую чувствительность, чем двухрелейная при двухфазных к.з. на стороне НН или С#, где обмотка трансформатора соединена в у. Для трансформаторов У/А двухрелейная и трехрелейная схемы защиты имеют одинаковую чувствительность при к.з. на стороне, где обмотка трансформатора соединена в А (гл. 8).
6-6. Дифференциальная защита с реле серии ДЗТ-10 (с магнитным торможением)
Промышленностью выпускается несколько типов реле серии ДЗТ-10. Наиболее распространенными в распределительных сетях являются реле ДЗТ-11 и ранее выпускавшееся реле ДЗТ-1, имеющие одну тормозную обмотку.
Устройство реле ДЗТ-11 и схема его включения. Упрощенная схема дифференциальной защиты с реле ДЗТ-11 (для одной фазы) приведена на рис. 6-8. На трехстержневом магнитопроводе НТТ, аналогичном тому, который применен в реле серии РНТ, помимо первичной обмотки разделенной на секции wyPi и Wyp2t и вторичной обмотки w2y расположенной на двух крайних стержнях, имеется еще тормозная обмотка кут, расположенная на тех же крайних стержнях. Тормозная обмотка включается в одно из плеч защиты и при внешнем к.з. по ней проходит вторичный ток к.з. Эта обмотка осуществляет «магнитное» торможение, т. е. автоматическое увеличение тока срабатывания защиты (загрубление) по мере увеличения тормозного тока /т, равного вторичному току к. з. Загрубление реле вызывается тем, что ток /т дополнительно насыщает магнитопровод НТТ реле ДЗТ, при этом ухудшается трансформация первичного тока НТТ в его вторичную обмотку w2 и, следовательно, уменьшается ток в исполнительном органе НО.
Зависимость тока срабатывания реле от тормозного тока называется тормозной характеристикой. Для реле с магнитным торможением тормозная характеристика представляется в виде зависимости магнитодвижущей силы, создаваемой рабочей обмоткой НТТ (wр на рис. 6-9, а) при прохождении по ней рабочего тока /Р (FP = Wplp), от магнитодвижущей силы, создаваемой тормозной обмоткой wT при прохождении по ней тормозного ТОКа /т == /2 к. макс. вн (Ft — WtI% к. макс. вн) . Тормозные характеристики реле ДЗТ-11 представлены на рис. 6-9, б [19].
Рис. 6-8. Упрощенная схема дифференциальной защиты трансформатора на реле с НТТ и магнитным торможением серии ДЗТ-10 (для одной фазы) о>р и о>т — первичные рабочая и тормозная обмотки; w% — вторичная обмотка; ИО — исполнительный орган (реле РТ-40)
Из принципиальной схемы (рис. 6-9, а) видно, что при внешнем к. з. по тормозной обмотке проходит вторичный ток к. з., а по рабочей— ток небаланса, который намного меньше, что следует из выражений (6-4) — (6-7). Для обеспечения надежного несрабатывания защиты при внешнем к. з. число витков тормозной обмотки [5, 22, 23]
(6-9)
где /к. макс. вн — периодическая составляющая максимального тока к. з. на той стороне трансформатора, где включена тормозная обмотка, А; /нб — ток небаланса (первичный), определенный по выражениям (6-4) — (6-7), А; Дор — расчетное число витков рабочей обмотки реле на той стороне, где включена тормозная обмотка; kн — коэффициент надежности, принимаемый равным 1,5; tg а = FP/FT — тангенс угла наклона к горизонтальной оси (абсцисс) касательной, проведенной из начала координат к тормозной характеристике, соответствующей минимальному торможению (кривая 2 на рис. 6-9, б), для реле ДЗТ-11 принимается в пределах 0,75— 0,8 [19].
На рис. 6-9, б область, расположенная ниже характеристики 2, является областью надежного несрабатывания защиты (показан разомкнутый контакт реле). Область, расположенная на 10% выше характеристики 1, является областью надежного срабатывания защиты (показан замкнутый контакт реле).
В реле серии ДЗТ-10 (как и в ранее выпускавшемся аналогичном реле ДЗТ-1) отсутствует короткозамкнутая обмотка, имеющаяся в реле серии РНТ. Поэтому реле серии ДЗТ-10 несколько хуже отстроены от броска тока намагничивания при включении трансформатора под напряжение. И по условию надежной отстройки от броска этого тока необходимо устанавливать ток срабатывания дифференциальной защиты с реле серии ДЗТ-10 не менее чем 1,5/НОм тР [2, 22 и 23].
Для обеспечения надежности срабатывания дифференциальной защиты при к. з. в зоне действия на понижающих трансформаторах тормозная обмотка реле ДЗТ-11 (и ДЗТ-1) должна всегда включаться со стороны, противоположной питающей, т. е.
Рис. 6-9. Гокораспределение в дифференциальной защите с торможением (для одной фазы) при внешнем к. з. (а) и тормозные характеристики реле ДЗТ-11 (б)
на стороне НН и СН. Тогда при к.з. в зоне действия защиты торможения не будет.
Условия и примеры расчета уставок дифференциальной защиты с реле ДЗТ-11 (ДЗТ-1) приведены в работах [5 и 23].
Полные схемы дифференциальной защиты трансформаторов с реле ДЗТ-11. Типовые схемы дифференциальных защит понижающих трансформаторов с реле этой серии разработаны в Руководящих указаниях [23]. В дополнение к ним в работе [22] была предложена схема включения тормозной обмотки реле ДЗТ-11 (ДЗТ-1) на сумму токов сторон НН и СН трехобмоточных трансформаторов (рис. 6-10). В этой широко применяемой сейчас схеме тормозная обмотка обтекается током как при внешнем к.з. на стороне ННУ так и при внешнем к.з. на стороне СН. При к. з. в зоне торможение отсутствует.
Для тех случаев когда тормозная обмотка вынужденно включается на сторону, где есть питающий источник, необходимо, кроме расчетного определения чувствительности защиты с учетом торможения [23], произвести проверку надежности
срабатывания реле ДЗТ-11 при к.з. в зоне действия [22 или 5].
Схема включения трех реле типа ДЗТ-11 дифференциальной защиты трехобмоточного трансформатора приведена на рис. 6-11.
Рис. 6-10. Принципиальная схема включения рабочей (шр), уравнительных (a>ypi и Wyp2) и тормозной (дот) обмоток реле ДЗТ-11 на трехобмоточном трансформаторе (для одной фазы)
Тормозная обмотка у всех реле ДЗТ-11 включена в соответствии с рис. 6-10. При этом не предполагается питания трансфор-
Рис. 6-11. Принципиальная схема включения трех реле ДЗТ-11 (ТДТА, ТДТВ, ГДГС) дифференциальной защиты трехобмоточного трансформатора
матора от сети СН при отсутствии основного источника ВН (110—220 кВ). Полная схема защиты двухобмоточного трансформатора, включая дифференциальную защиту с реле ДЗТ-11, приведена на рис. 10-1.
