Типы защит трансформаторов.

Для защиты трансформаторов 10/0,4 кВ мощностью более 400 кВ∙А, в том числе, устанавливаемых на подстанциях промышленных предприятий, применяются в соответствии с «ПУЭ» следующие основные типы релейной защиты (см. рис.2):
- токовая отсечка 1 без выдержки времени — от коротких замыканий на наружных выводах 10 кВ трансформатора и в части обмотки 10 кВ;
- газовая защита 2 — от всех видов повреждений внутри бака (кожуха), сопровождающихся выделением газа из трансформаторного масла, а также от понижения уровня масла; устанавливается на внутрицеховых масляных трансформаторах мощностью 630 кВ∙А и более;
- максимальная токовая защита 3 (с пуском или без пуска по напряжению), от сверхтоков, обусловленных повреждениями в трансформаторе или внешними междуфазными к. з. на стороне 0,4 кВ;
- специальная токовая защита нулевой последовательности 4— устанавливаемая в нулевом проводе (нейтрали) трансформаторов со схемой соединения обмоток Y/Y или ∆/Y — от однофазных к. з. на землю в сети 0,4 кВ, работающей с глухозаземленной нейтралью;
- максимальная токовая защита в одной фазе — от сверхтоков, обусловленных перегрузкой 5, устанавливается на трансформаторах мощностью от 400 кВ-А и выше, у которых возможна перегрузка после срабатывания устройства АВР, и действует на сигнал или на автоматическую разгрузку (отключение части отходящих линий 0,4 кВ).
На рис. 2 условно показаны типы защит трансформатора 10/0,4 кВ, мощностью 400 или 630 кВ∙А, 1 или 1600 кВА, а также трансформаторы тока, на которые включены максимальные реле тока этих защит (кроме газовой). Для взаимного резервирования все защиты (кроме защиты от перегрузки) должны действовать на отключение выключателя 10 кВ, а также автоматического воздушного выключателя на стороне 0,4 кВ трансформатора.

Рис. 2. Типы защит трансформаторов 10/0,4 кВ

Осуществление такого резервирования, называемого ближним, может вызвать дополнительные затраты на прокладку контрольных кабелей между распределительными устройствами 10 и 0,4 кВ, но эти затраты вполне оправданны, особенно для таких элементов электроустановок, для которых трудно, а часто невозможно выполнить дальнее резервирование. К таким элементам как раз и относятся трансформаторы, в том числе напряжением 10 кВ. Защиты линий 110 кВ, питающих несколько трансформаторов, могут иметь настолько большой ток срабатывания, что не будут чувствовать к. з. за одним из трансформаторов, т. е. не будут обеспечивать дальнее резервирование его защит и выключателей. В свою очередь защита трансформатора 10/0,4 кВ должна резервировать отходящие линии 0,4 кВ. Для того чтобы дальнее резервирование было эффективно, проектирование сети 0,4 кВ должно производиться с учетом возможностей релейной защиты трансформатора реагировать на удаленные к. з. в сети 0,4 кВ. Осуществлять дальнее резервирование сетей 0,4 кВ могут максимальная токовая защита трансформатора от междуфазных к. з. и специальная токовая защита нулевой последовательности от к. з. на землю. Поэтому их надо выполнять с максимально возможными чувствительностью и быстродействием.

Токовая отсечка.

Токовой отсечкой называется быстродействующая максимальная токовая защита с ограниченной зоной действия. Токовая отсечка на трансформаторах 10/0,4 кВ выполняется с помощью двух максимальных реле тока, включенных обычно на трансформаторы тока фаз А и С и настроенных таким образом, что они надежно не срабатывают при трехфазном к. з. на стороне 0,4 кВ защищаемого трансформатора (точка К1 на рис. 2) и надежно срабатывают при всех видах двухфазных к. з. на стороне 10 кВ трансформатора (точка К2). Отсечка на трансформаторах должна действовать без выдержки времени. Это не только ускоряет отключение к. з. на выводах и в части обмотки 10 кВ защищаемого трансформатора, но и позволяет выбирать минимальное время срабатывания для защит питающих линий 10 кВ.
Токовая отсечка может выполняться с помощью отдельных реле тока (РТМ, РТ-40) или специализированных блоков многофункциональных электронных защит (например, ЯРЭ-2201). При выполнении максимальной токовой защиты трансформатора 10 кВ на индукционных реле тока типа РТ-80 отдельные реле для токовой отсечки не устанавливаются, а используется электромагнитный элемент этих реле (рис. 2,а). Условия и примеры выбора тока срабатывания токовых отсечек приведены в работе.

Максимальная токовая защита (без пуска по напряжению). На трансформаторах 10/0,4 кВ со схемой соединения обмоток Δ/Υ максимальная токовая защита выполняется с тремя токовыми реле. Как правило, применяются максимальные реле тока, имеющие зависимые времятоковые характеристики, типа РТВ или РТ-80, так же как на линиях

10 кВ, питающих трансформаторы (рис. 2). Реже применяется максимальная токовая защита с независимой времятоковой характеристикой, например, в КРУ, получаемых из ФРГ, но также с тремя реле тока. Напомним, что схема неполной звезды с тремя реле имеет в два раза более высокую чувствительность к двухфазным к.з. за трансформатором со схемой соединения обмоток ∆/Y, чем та же схема, но только с двумя реле, включенными в фазы А и С. Это объясняется тем, что при одном из сочетаний двухфазного к. з. на стороне 0,4 кВ по выводам 10 кВ проходят разные по значению токи, причем в одной из фаз ток в два раза больше, чем в двух других, и равен по значению току трехфазного к. з. Установка трех реле (причем, третье реле 5, рис. 2, включено в обратный провод схемы неполной звезды, где проходит геометрическая сумма токов фаз А и С) обеспечивает при всех видах двухфазного к. з. появление этого большего тока в одном из реле защиты. При установке только двух реле нужно рассчитывать на худший, но реальный случай, когда в каждом из двух реле пройдет по половине тока к. з., а сумма окажется в обратном проводе, где реле отсутствует. Третье реле, таким образом, повышает чувствительность защиты не только к к.з. в трансформаторе и на его выводах 0,4 кВ, но и значительно улучшает условия дальнего резервирования. Не следует забывать про установку третьего реле и при замене старых трансформаторов со схемой соединения обмоток Y/Y на новые —Υ/Y.
При выполнении максимальной токовой защиты с тремя реле РТ-85, но с двумя дешунтируемыми электромагнитами отключения ЭО, следует помнить о том, что в ЭО может проходить лишь половина того тока, который проходит через реле. Если у реле РТ-85 установлен в два раза меньший ток срабатывания, чем ток срабатывания ЭО, то чувствительность максимальной токовой защиты в целом надо проверять по току срабатывания ЭО.

Порядок выполнения работы:

Ток срабатывания максимальной токовой защиты выбирается, главным образом, по условию несрабатывания при сверхтоках перегрузки, в том числе токах самозапуска электродвигателей 0,4 кВ в режимах после АПВ или АВР питающего источника. Поскольку трансформаторы 10/0,4 кВ, оборудованные релейной защитой, могут применяться для питания крупных промышленных предприятий, где доля электромоторной нагрузки составляет больше половины общей нагрузки, ток самозапуска может быть примерно в 2 раза больше рабочего тока до аварийного режима. Для двухтрансформаторной подстанции 10/0,4 кВ с устройством АВР двустороннего действия на стороне 0,4 кВ наиболее тяжелым режимом для выбора тока срабатывания максимальной токовой защиты на стороне 10 кВ трансформатора является режим АВР на стороне 0,4 кВ после отключения питания одного из трансформаторов, например, Т2. При отключении питания Т2 электродвигатели этой секции 0,4 кВ затормаживаются, на шинах 0,4 кВ снижается напряжение, действует пусковой орган минимального напряжения устройства АВР 0,4 кВ и с выдержкой времени отключает автомат 0,4 кВ Т2. После этого включается секционный автомат 0,4 кВ и подает напряжение от другого трансформатора Т1 на полностью затормозившиеся электродвигатели 0,4 кВ, ранее питавшиеся от Т2. Начавшийся самозапуск этих электродвигателей вызывает снижение напряжения на обеих секциях 0,4 кВ, в результате чего и у электродвигателей, не терявших питания, ток статора возрастает примерно в 1,5—2 раза. Для того чтобы при возникших сверхтоках перегрузки трансформатор Т1 не отключился защитой, ток срабатывания его максимальной токовой защиты выбирается по выражению:
(8)
где kн — коэффициент надежности несрабатывания (отстройки), принимается в зависимости от типа максимальных реле защиты равным 1,2—1,4 (реле РТВ) или 1,1— l,2 (реле РТ-40, РТ-80, полупроводниковые защиты);

к сзп — коэффициент самозапуска, представляющий собой отношение тока самозапуска к рабочему току до аварийного режима, различен для разных категорий нагрузки, для рассматриваемых двухтрансформаторных подстанций 10/0,4 кВ промышленных предприятий с электродвигательной нагрузкой может приниматься около 2 kB — коэффициент возврата реле, в зависимости от типа реле в расчетах принимается равным 0,65 (реле РТВ); 0,8 (реле РТ-40, РТ-80), около 1 (полупроводниковые реле);

k— коэффициент, учитывающий увеличение тока через трансформатор Т1 из-за понижения напряжения на шинах 0,4 кВ при АВР секционного автоматического выключателя и подключении полностью заторможенных электродвигателей, ранее питавшихся от Т2, значение этого коэффициента приближенно можно принимать около 1,5. Значения рабочих максимальных токов Т2 принимаются в зависимости от допускаемых длительных перегрузок этих трансформаторов 0,7 или 0,9 от их номинального тока /ном т. В последнем случае, выполняя максимальную токовую защиту на реле типа РТВ, необходимо выбрать ее ток срабатывания около 6,5 номинального тока. при использовании реле РТ-40 или РТ-80 — около 4,5 ном. тока, полупроводниковых реле — около 3,5 ном. тока. Возможность снижения тока срабатывания и, следовательно, повышения чувствительности защиты объясняется более высокой точностью и меньшим значением коэффициента возврата полупроводниковых реле по сравнению с электромеханическими (РТВ, РТ-80, РТ-40).

4. Контрольные вопросы

1. Основные типы защиты силовых трансформаторов

2. Условия применения токовой отсечки на трансформаторах 10/0,4 кВ

3. Режим АВР на стороне 0,4 кВ после отключения питания одного из трансформаторов 10/0,4 кВ.

4. Порядок выбора тока срабатывания максимальной токовой защиты тр-ра.

Рекомендуемая литература

1. Дрозд, В.В. Релейная защита и автоматика в электрических сетях [Электронный ресурс] / В.В. Дрозд. — М.: Издательский дом ЭНЕРГИЯ, Альвис, 2012. — 632 c. — Режим доступа: https://www.iprbookshop.ru/22702.

2. Щеглов, А.И. Построение схем релейной защиты [Электронный ресурс]: учебное пособие / А.И. Щеглов. — Новосибирск: НГТУ, 2012. — 90 c. — Режим доступа: https://www.iprbookshop.ru/45137.

3. Булычев, А.В. Релейная защита в распределительных электрических сетях [Электронный ресурс]: пособие для практических расчетов / А.В. Булычев, А.А. Наволочный. — М.: ЭНАС, 2011. — 206 c. — Режим доступа: https://www.iprbookshop.ru/4340.

Приложение 1

Технические характеристики асинхронных 3-х фазных электродвигателей с к.з. ротором

Скорость вращения п = 1500 об./мин.

Приложение 2