Защита кабельной линии 10 кВ.

Основными видами повреждений в цеховых трансформаторах являются следующие:

Многофазные (междуфазные) КЗ в обмотках и на их выводах;

Однофазные замыкания, которые бывают двух видов: на землю и между витками одной фазы.

Замыкание одной фазы на землю опасно для обмоток, присоединенных к сетям с глухозаземленными нейтралями. В этом случае защита должна от­ключать трансформатор. В сетях с нейтралями, изолированными или заземленными через дугогасящие катушки (реакторы), защита от однофазных замыканий на землю с действием на отключение устанавливается на трансформаторе в том случае, если такая защита имеется в сети. Отключение таких замыканий в сетях 6 или 10 кВ необходимо по условиям техники безо­пасности.

При витковых замыканиях в замкнувшихся витках возникает значи­тельный ток, разрушающий изоляцию и магнитопровод трансформатора. По­этому такие повреждения должны отключаться быстродействующей защи­той. Но использовать для этой цели имеющиеся в настоящее время защиты не представляется возможным из-за малого тока замкнувшихся витков (когда число этих витков мало);

Внутренние повреждения (к ним относятся также и витковые замыкания, о которых говорилось выше); «пожар стали» магнитопровода, который возникает при нарушении изоляции между листами магнитопровода, что ведет к увеличению потерь на перемагничивание и вихревые токи. Потери, вызывают местный нагрев стали, ведущий к разрушению изоляции. Для масля­ных трансформаторов защитой от внутренних повреждений является газовая защита, дополненная токовой отсечкой (ТО).

Ненормальными режимами являются следующие:

внешние КЗ, при которых через обмотки трансформатора могут проходить токи, превышающие номинальные, что приводит к нагреву изоля­ции обмоток и ее старению или повреждению;

перегрузка трансформаторов, которая не влияет на работу системы электроснабжения, так как токи перегрузки, как правило, невелики и их про­хождение допустимо в течение некоторого времени, достаточного, чтобы персонал принял меры к разгрузке трансформатора (например, Iпер = 1* Iт.ном допускается в течение 45 мин);

недопустимое понижение уровня масла, которое может произойти при приближении бака трансформатора.

Пример расчета релейной защиты покажем на кабельной линии Л1 ГПП – ТП1

Выбираю тип защиты и определяю ток срабатывания защиты и реле цехового трансформатора типа ТМ, основные данные которого следующие: S_т.ном= 630 кВ*А;

U_1т.ном / U_2т.ном = 10/0,4 кВ; u_к = 5,5 %; группа соединения обмоток «треугольник – звезда с нулем»; I_1т.ном = 47,25 A; I_2т.ном= 1181,22 А (на рис. 1 а)

Рассмотрим решение защиты цехового трансформатора при междуфазных КЗ в обмотках и на выводах высокого напряжения (ВН), при внешних КЗ, при однофазных КЗ и при перегрузке.

Для защиты трансформатора при междуфазных КЗ в обмотках и на выводах ВН принимаем ТО без выдержки времени с использованием реле типа РТ-40. схема соединения ТТ-неполная звезда.

Токи срабатывания защиты (отсечки) и реле определим по формулам

I_с.з = k_отсI_{к max} = 1,4 * 859,1 = 1202,7 А.

I_с.р = = = 60,1 А.

Где I_{к max} - ток, проходящий через ТТ защиты при трехфазном КЗ на стороне низкого напряжения (НН):

I_{к max} = I_к⁽³⁾ = = =859,1 А.

Где I_1т.ном - номинальный первичный ток трансформатора;

u_к - напряжения КЗ трансформатора, %;

I_к⁽³⁾ - ток трехфазного КЗ.

Выбираем реле тока РТ-40/200 промежуточное реле РТ-26.

Для защиты трансформатора при внешних КЗ и резервирования ТО и газовой защиты принимаем МТЗ с выдержкой времени. Схема соединений ТТ – неполная звезда. Максимальную токовую защиту отстраиваем от тока самозапуска полностью заторможенных ответственных двигателей, присоединенных к шинам НН. Токи срабатывания защиты и реле находим по формулам

I_с.з = 212,6 А.

I_с.р = 10,6 А.

Где k_сам - коэффициент самозапуска, принимаемой равным 3-3,5, когда нет данных о присоединенных двигателях; в этом случае можно считать, что ток в трансформаторе возрастает в 3-3,5, раза по сравнению с номинальным током.

Принимаем реле тока РТ-40/20.

Коэффициент чувствительности защиты определяем при трехфазном КЗ за трансформатором (т.е. на стороне НН) по формуле

k_ч = = = 4,04

Приведенная формула справедлива для МТЗ (в двухфазном трехрелейном исполнении) трансформаторов со схемой соединения обмоток «треугольник-звезда с нулем». В этом случае два токовых реле включают на фазные токи, а одно реле – на сумму токов двух фаз; за счет такого включения повышается чувствительность защиты к двухфазным КЗ на стороне НН цеховых трансформаторов.

Для МТЗ в двухфазном двухрелейном исполнении реактированных линий, трансформаторов со схемой со схемой соединения обмоток «звезда – звезда с нулем» k_ч находят по формуле

k_ч = = = = 3,5

Выдержку времени МТЗ трансформатора выбирают из условия избирательности на ступень ∆t выше наибольшей выдержки времени защит присоединений t_пр, питающихся от трансформатора, т.е.

t_т = t _пр + ∆t = 1,8 + 0,5 = 2,3 с.

Если МТЗ не удовлетворяет требованию чувствительности, то ее выполняют с пуском от реле минимального напряжения.

Для защиты цехового трансформатора при однофазных КЗ в обмотке и на выводах НН, а также в сети НН принимаем МТЗ нулевой последовательности c выдержкой времени с использованием реле РТ -40. защиту выполняем с помощью одного токового реле, включенного на ТТ, установленной в цепи заземления нейтрали цехового трансформатора. В реле протекает полный ток однофазного КЗ.

Токи срабатывания защиты и реле определяем по формулам

I_с.з = k_отсI_с.з1 = k_отс1I_ст k_отс2 = 1,1 * 700 * 1,2 ≈ 1000

Где I_с.з1 - ток срабатывания защиты нулевой последовательности на стороне 0,4 кВ, который согласуется, в свою очередь, с током отсечки I_от автоматического выключателя; k_отс1= 1,1; k_отс2 = 1,2:

I_с,р = = = 5,0

Принимаем реле с запасом по шкале РТ-40/20.

Коэффициент чувствительности защиты нулевой последовательности определяем при однофазном КЗ на выводах НН трансформатора по формуле

k_ч = = = 21,48

Где I_к⁽¹⁾ - минимальный ток однофазного КЗ на шинах НН; для цеховых трансформаторов с соединением обмоток «треугольник-звезда с нулем» I_к⁽¹⁾ = I_к⁽³⁾;

I_к⁽³⁾ = *100 = = 21476,7

Где I_2т.ном - номинальный вторичный ток трансформатора.

Выдержку времени защиты нулевой последовательности, установленной в нейтрали цехового трансформатора, отстраивают от времени срабатывания автоматических выключателей двигателей и принимают равной 0,8 с.

Для защиты цехового трансформатора при перегрузке принимаем МТЗ, устанавливаемую со стороны ВН трансформатора, выполняемую с помощью одного токового реле, включенного на фазный ток, и действующую на сигнал с выдержкой времени. Максимальную токовую защиту отстраиваем от номинального тока трансформатора.

Токи срабатывания защиты и реле определяем по формулам

I_с.з = 62,0 А.

I_с.з = 2,1

Где k_отс = 1,05; I_1т.ном - первичный номинальный ток трансформатора.

Выдержку времени МТЗ в этом случае выбирают больше времени защиты трансформатора от КЗ.

Описание схемы