В процессе эксплуатации системы электроснабжения возникают повреждения ее элементов. Наиболее опасным и частым видом повреждения являются короткие замыкания, вследствие которых нарушается нормальная работа системы электроснабжения.
При протекании токов короткого замыкания элементы системы электроснабжения подвергаются термическому и динамическому воздействию. Для уменьшения размеров повреждения и предотвращения развития аварии устанавливают совокупность автоматических устройств, называемых релейной защитой и обеспечивающих с заданной степенью быстродействия отключения поврежденного участка или сети.
К релейной защите предъявляются следующие основные требования:
- избирательность (селективность) действия, т.е. способность релейной защиты отключать только поврежденный участок электрической цепи;
- быстродействие, т.е. способность защиты отключать поврежденный участок электрической цепи за наименьше возможное время;
- надежность действия, т.е. правильная и безотказная работы релейной защиты при всех повреждениях и ненормальных режимах работы элементов, которая обеспечивается применением наименьшего числа устройств с наиболее простыми схемами, наименьшим количеством реле, цепей и контактов;
- чувствительность, т.е. способность защиты отключать участки электрической цепи, которые она защищает, в самом начале их повреждения;
Для защиты силового трансформатора цеховой подстанции используется следующие виды защит:
1. Токовая отсечка – предназначена для защит от междуфазных коротких замыканий на стороне высокого напряжения трансформатора и на его ошиновке. Эта защита не должна работать при междуфазных коротких замыканиях на стороне 0,4 кВ и при коротких замыканиях на стороне 0,4 кВ и при коротких замыканиях на отходящих линиях. Данная защита является быстродействующей, действует на отключение трансформатора;
2. Максимальная токовая защита – предназначена для защиты от всех видов повреждений внутри обмотки и на вводах, а также для осуществления резервирования защит отходящих присоединений. Данная защита также может при необходимости обеспечить дальнее резервирование, имеет выдержку времени. Работает на отключение трансформатора;
3. Токовая защита нулевой последовательности – предназначена для защиты от однофазных замыканий на стороне 0,4 кВ трансформатора в зоне регулирования, является основной. Устанавливается на трансформаторах со схемой соединений D/Yо, Y/Yо. Отстраивается от тока небаланса, работает на отключение межсекционного и вводного автомата.
В данном случае для защиты от токов однофазного короткого замыкания используется автоматический выключатель установленный на стороне 0,4 кВ после трансформатора и следовательно, токовая защита нулевой последовательности не применяется.
4. Газовая защита – от повреждений внутри кожуха, сопровождающихся выделением газа, от понижения уровня масла.Выполняется с использованием реле давления имембраны в крыше бака трансформатора;
5. Токовая защита от перегрузки – предназначена для защиты от токов, обусловленных перегрузкой трансформаторов, действует на сигнал.
Расчет параметров срабатывания максимальной токовой отсечки.
Ток срабатывания мгновенной токовой отсечки (МТО), А,
= 
, (2.138)
где Кот – коэффициент отстройки, принимается равным 1,2, о.е.;
- максимальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания в начальный момент времени, на стороне низкого напряжения трансформатора, А;
Кт – коэффициент трансформации защищаемого трансформатора, о.е.,
Кт= 
, (2.139)
Кт = 
= 26,25.
Полученное значение подставляется в формулу (2.138).
= 
.
Ток срабатывания реле МТО, А,
= 
, (2.140)
где Ксх – коэффициент схемы, равный 1, о.е.;
Ктт – коэффициент трансформации трансформатора тока, о.е..
Трансформатор тока выбирается по номинальному току трансформатора на стороне высокого напряжения IВН.ном, А,
IВН.ном= 
, (2.141)
IВН.ном = 
= 36,373.
Принимается трансформатор тока с номинальным первичным током 40 А, имеющий Ктт = 10.
= 
.
Принимаем стандартное значение тока срабатывания 
Коэффициент чувствительности защиты, о.е.,
(2.142)
где 
- ток двухфазного короткого замыкания на стороне высокого напряжения трансформатора, А, определяется по формуле
= 
× 
, (2.143)
где - ток трехфазного короткого замыкания на стороне высокого напряжения трансформатора, берется из пункта 2.8, А;
= 
×7,18×103 = 6218,06.
Полученное значение подставляется в формулу (2.142).
Кч = 
= 8,88> 2,
Требуемая чувствительность обеспечивается.
Расчет параметров срабатывания максимальной токовой защиты МТЗ.
Ток срабатывания максимальной токовой защиты, А,
= 
×Iраб.max, (2.144)
где Кот – коэффициент отстройки, равный 1,2, о.е.;
Кв – коэффициент возврата реле, принимается равным 0,85, о.е.;
Iраб.max – наибольшее значение рабочего тока трансформатора, принимается равным 1,3×IВНном с учетом допустимой перегрузки трансформаторов в послеаварийном режиме, А,
= 
×1,3×36,373 = 66,755.
Ток срабатывания реле МТЗ, А,
= 
, (2.145)
= 
.
Коэффициент чувствительности защиты, о.е.,
(2.146)
Кч= 
,
Требуемая чувствительность обеспечивается.
Время срабатывания защиты, с,
tсз = tсз.пр. + Dt, (2.147)
где tсз.пр.– время срабатывания защит отходящих присоединений, принимается равным 0,3, с;
Dt – ступень селективности, равная 0,5, с;
tсз = 0,3 + 0,5 = 0,8.
Расчет параметров срабатывания токовой защиты от перегрузки с действием на сигнал.
Ток срабатывания токовой защиты с действием на сигнал, А,
Iсз = Кн×1,3×IВН.ном, (2.148)
где Кн – коэффициент надежности, принимается равным 1,05, о.е.;
Iсз = 1,05×1,3×36,373 = 49,649.
Ток срабатывания реле, А,
(2.149)
= 
.
Время срабатывания защиты, с,
tсз = 
+ Dt, (2.150)
tсз = 0,8 + 0,5 = 1,3.