Защита трансформаторов распределительных сетей - Защита трансформаторов 6 и 10 кВ плавкими предохранителями

3-3. Защита трансформаторов 6 и 10 кВ плавкими предохранителями типа ПК
Основные условия выбора предохранителей. Плавкий предохранитель должен отвечать следующим основным условиям.
Номинальное напряжение предохранителей и их плавких вставок должно быть равно номинальному напряжению сети:
(3-3)
Плавкие предохранители в СССР выпускаются на номинальные напряжения, соответствующие ГОСТ 721—77, в том числе на 6; 10; 20; 35; 110 кВ. Номинальное напряжение указывается в наименовании предохранителя, например ПК-6, ПК-10, ПСН-10, ПСН-35 и т. п.
Установка предохранителя, предназначенного для сети более низкого напряжения, т. е. создание условия Uном пр < Uном. с не допускается во избежание к.з. из-за перекрытия изоляции предохранителя. Наряду с этим не допускается без специального указания завода-изготовителя применение предохранителя в сетях с меньшим номинальным напряжением из-за опасности возникновения перенапряжений при отключении к. з.
Номинальный ток отключения выбранного предохранителя должен быть равен или больше максимального значения тока к. з. в месте установки предохранителя:
(3-4)
Применительно к силовым трансформаторам ток /к. макс рассчитывается для трехфазного к. з. на выводах высшего напряжения трансформатора, т. е. там, где установлены плавкие предохранители. При этом режим питающей системы принимается максимальным, что соответствует наименьшему сопротивлению питающей системы до места подключения рассматриваемого трансформатора. Следует учитывать также подпитку места к. з. электродвигателями, включенными на той же секции, что и рассматриваемый трансформатор.
Номинальные токи отключения указаны в ГОСТ и заводских информациях. Предохранители напряжением свыше 1000 В выпускаются с номинальным током отключения от 2,5 до 40 кА (ГОСТ 2213—70). (Прежнее наименование номинального тока отключения — предельно отключаемый ток.)

Рис. 3-7. Выбор номинального тока плавкой вставки для предохранителей на сторонах ВН и НН понижающего трансформатора 10(6)/0,4 кВ
Номинальный ток плавкой вставки /ном. вс для предохранителей, защищающих трансформаторы 6 и 10 кВ со стороны высшего напряжения, выбирается в соответствии с директивными указаниями [14] равным примерно двукратному номинальному току трансформатора:
(3-5)
При этом условии обеспечивается несрабатывание предохранителя при возможных перегрузках трансформатора, при бросках тока намагничивания во время включения трансформатора под напряжение, а также, как правило, обеспечивается селективность с предохранителями, установленными на стороне низшего напряжения этого же трансформатора и выбранными по условию /ном. ВС ^ я# /ном.тр (рис. 3-7). Таким образом кратность номинального тока вставки предохранителя на стороне ВН относительно номинального тока вставки предохранителя на стороне НН (токи приведены к напряжению одной и той же стороны трансформатора), должна быть равна примерно двум, а если возможно, то и больше [14].
При таком выборе /ном. вс предохранители на стороне НН защищают трансформатор от перегрузок, а сеть НН — от к. з. Предохранители на стороне ВН предназначаются только для защиты трансформатора от к. з. на выводах ВН и от повреждений внутри трансформатора [14].
Предохранители с плавкой вставкой, выбранной по условию (3-5), обеспечивают отключение трансформатора при любых значениях тока к. з. за время, меньшее, чем допустимо по условию термической стойкости трансформатора (1-1).
Рекомендуемые в соответствии с [14] значения номинальных токов плавких вставок предохранителей, защищающих силовые трансформаторы, приведены в табл. 3-1.
Номинальный ток предохранителя необходимо выбирать равным номинальному току плавкой вставки:
(3-6)
Проверка селективности между предохранителями на стороне ВН и защитными аппаратами на стороне НН трансформатора.

Рекомендуемые значения номинальных токов плавких вставок 1ном вс предохранителей для трехфазных силовых трансформаторов
6/0,4 и 10/0,4 кВ

Примечание Предполагается, что на стороне 0,4 кВ применены предохранители типа ПН-2, на стороне 6 кВ—типа ПК-6, на стороне 10 кВ—типа ПК-10.
Возможны три варианта выполнения защиты на стороне 0,4 кВ рассматриваемых трансформаторов: плавкими предохранителями; автоматами с мгновенным действием; селективными автоматами (с выдержкой времени).
Для проверки селективности между последовательно включенными предохранителями разных типов необходимо сопоставить их защитные характеристики во всем диапазоне токов, возможных при перегрузках и коротких замыканиях. Сопоставление производится следующим образом. Для нескольких значений токов / определяются по защитным характеристикам соответствующие значения времени плавления /Пл. Защитные характеристики предохранителей типа ПК даны на рис. 3-2. Защитные характеристики низковольтных предохранителей типа ПН-2 показаны на рис. 3-8. При определении tпл токи / должны быть приведены к номинальному напряжению своей стороны. Затем сравниваются найденные значения tun предохранителей сторон ВН и НН (/плвя и /пл нн) для каждого из соответствующих значений токов: 1вн и Iнн.
Селективность между предохранителями обеспечивается, если значения и^вн при всех токах оказываются по крайней мере в 3 раза большими, чем Ълнн [15], т. е. соблюдается условие:

Условие (3-7) учитывает возможные значительные разбросы защитных характеристик существующих предохранителей.

Рис. 3-8. Защитные характеристики предохранителей типа ПН-2
Проделаем такую проверку для трансформатора 10/0,4 кВ мощностью 250 кВ-А. Из табл. 3-1 находим рекомендуемые значения: /ном. вс = 40 А — для ПК-10 и /ном. вс — 400 А — для ПН-2. Одновременно проверим селективность предохранителя ПК-10 с /ном. вс = 32 А, которая рекомендовалась до 1976 г., т. е. до выпуска нового каталога предохранителей типа ПК- Расчеты сведены в табл. 3-2.
Значения <пл вн и или нн определялись по соответствующим защитным характеристикам рис. 3-2 и 3-8.
Из табл. 3-2 видно, что при /ном. вс=32 А не выполняется условие селективности (3-7), и поэтому в табл.
1 для трансформаторов этой мощности рекомендуется  /ном. вс = 40 А, что не противоречит директивным указаниям [14].
Следует обратить внимание на то, что защитные характеристики предохранителей типа ПК, изданные в 1976 г., существенно отличаются от ранее изданных характеристик (1967 г.), приведенных в существующей литературе [5, 11]. Основное отличие состоит в том, что характеристики, изданные в 1976 г., идут значительно более круто. Для примера на рис 3-9 показана часть защитных характеристик предохранителей ПК-10 для /ном. вс = 30 А (каталог 1967 г.) и для /НОм. вс = = 32 А (каталог 1976 г.) Штриховой линией показана защитная
Таблица 3-2
Пример проверки селективности плавких предохранителей ПК-10 и ПН-2 для трансформатора 10/0,4 кВ, 250 кВ - А

характеристика для /ном. вс — 40 А (каталог 1976 г.). Сравнивая характеристики токов 30 и 32 А, можно определить, что при характерном значении tnn = 5 с значение тока / было равно примерно 165 А, а теперь —примерно 105 А. Наряду с этим снизилось значение /пл при больших кратностях тока. Например, при / = 300 А или Ю/ном. вс было tnn « 0,4 с (по характеристике для тока 30 А), а при / = 320 А оказывается /пл«0,1 с (по характеристике для тока 32 А). Очевидно, что при более крутых характеристиках (каталог 1976 г.) труднее обеспечить селективность предохранителей ПК с защитными аппаратами на стороне НН трансформатора, но зато облегчается выполнение селективной настройки релейной защиты питающей линии по отношению к предохранителям ПК на стороне ВН трансформаторов [5, 11].

Рис. 3-10. Схема двухтрансформаторной подстанции 10(6)/0,4 кВ с АВР на секционном автоматическом выключателе (САВ)

Рис. 3-9. Сравнение защитных характеристик предохранителей типа ПК-10 (каталоги 1967 и 1976 гг.)
При установке на стороне 0,4 кВ трансформатора автоматического выключателя (автомата) мгновенного действия, например типа А-3100 или АП-50 с временем - отключения t0 ^ 0,035 с, селективность между предохранителями типа ПК С /ном. вс, принятыми по табл. 3-1, и этими автоматами обеспечивается даже при максимально возможных токах к.з. за трансформатором.
При установке на стороне 0,4 кВ трансформатора селективного автомата, например типа АВМ, минимальное время действия которого составляет 0,25 с, требуется индивидуальная проверка селективности между предохранителями ПК на стороне ВН и автоматами на стороне НН. Проверка должна производиться путем сопоставления их защитных характеристик при всех реально возможных значениях тока к. з. за трансформатором, поскольку время срабатывания селективных автоматов, так же как и у предохранителей, зависит от значения тока к. з.
Особенно важно обеспечить селективность между предохранителями ПК и автоматами 0,4 кВ на двухтрансформаторных подстанциях (рис. 3-10). Типовые подстанции с предохранителями ПК-6 или ПК-10 выполняются с двумя трансформаторами мощностью по 400 или 630 кВ-А. Если вести расчет по металлическому трехфазному к. з., оказывается, что предохранитель ПК с / ном.вс — 80 А на трансформаторе 630 кВ-А расплавится за 0,4 с, а предохранитель с /ном. вс = 50 А на трансформаторе 400 кВ-А — за 0,2 с. При этом очевидно, что не может быть обеспечена селективность не только с селективным автоматом на вводе 0,4 кВ своего трансформатора, но даже с секционным автоматом САВ. В этом случае возможно либо не применять предохранители на стороне ВН, либо не считаться с малой вероятностью металлического трехфазного к.з. на секции 0,4 кВ, а расчет вести по к.з. через переходное сопротивление (§ 2-6). Тогда, например, для трансформатора 630 кВ-А получится « 1,5 с, что обеспечит селективность между предохранителем и селективным автоматом.
Проверка селективности между релейной защитой питающей линии и плавкими предохранителями трансформаторов подробно рассмотрена в работе [5].
В заключение следует напомнить директивные указания [14], в которых говорится о том, что при неоднократном перегорании правильно выбранных предохранителей из-за перегрузки трансформатора ни в коем случае нельзя заменять их предохранителями на больший номинальный ток, а необходимо» принимать меры к разгрузке трансформатора или к замене его трансформатором большей мощности. При замене трансформаторов необходимо одновременно производить замену предохранителей в соответствии с мощностью вновь устанавливаемого трансформатора. Дежурный и ремонтный персонал должен быть обеспечен таблицами, в которых указаны номинальные токи плавких вставок для всех установленных трансформаторов, а также достаточным количеством запасных калиброванных предохранителей и калиброванных плавких вставок.