Для функционирования дифференциальной защиты трансформатора необходимы: Принцип действия диф защиты трансформатора (ДЗТ): токи небаланса, ТТ, коэффициенты

Принцип действия диф защиты трансформатора (ДЗТ): токи небаланса, ТТ, коэффициенты

Пример HTML-страницы

Принцип действия продольных защит основан на первом законе Кирхгофа.

Содержание

1. Условная схема дифференциальной защиты
2. Погрешность ТТ в работе диф защиты трансформатора
3. Компенсация угловых сдвигов первичных токов и исключение токов нулевой чувствительности
4. Разные коэффициенты ТТ в ДЗТ
5. Регулировка коэффициента трансформации силовых трансформаторов
6. Ток намагничивания при работе ДЗТ

Условная схема дифференциальной защиты

Если принять за узел защищаемый объект (рис. 1.1) и фиксировать ток на всех ветвях, связывающих защищаемый объект (узел) с внешней сетью, то при повреждении на отходящей ветви сумма токов, входящих и выходящих из узла, будет равна нулю.

Рис. 1.1. Схема дифференциальной защиты с циркулирующими токами

При повреждении защищаемого объекта (КЗ в узле) сумма токов по ветвям будет равна току короткого замыкания.

По схеме на рис. 1.1 в нормальном нагрузочном режиме и при внешнем коротком замыкании (на исходящей ветви, за трансформатором тока в сторону сети) во вспомогательных проводах, соединяющих вторичные обмотки трансформаторов тока, циркулируют токи, равные вторичным токам ТТ.

Поэтому такое выполнение продольной дифференциальной защиты именуется схемой с циркулирующими токами. Другим вариантом исполнения дифференциального принципа (рис. 1.2) является схема с уравновешенными напряжениями, в которой вторичные обмотки ТТ соединяются между собой последовательно, и в эту же цепь включен реагирующий орган (дифференциальное реле). Считается, что одноименные концы первичной и вторичной обмоток ТТ расположены с одной стороны. Ток в реле будет равен:

(1–1)

где Z – сумма сопротивлений вспомогательных проводов, обмотки реле и обмоток ТТ.

Рис. 1.2. Схема дифференциальной защиты с уравновешенными напряжениями

В нормальном режиме и коротком замыкании вне зоны действия Е1 = Е2 и направлены в противоположные стороны, ток в реле равен нулю.

При повреждении в защищаемой зоне Е1 ≠ Е2, но направлены в одну сторону, ток в реле не равен нулю и, если он превышает ток срабатывания, то защита отключит поврежденный элемент.

В схеме с уравновешенными напряжениями в нормальном режиме и внешних коротких замыканиях токи во вторичных обмотках ТТ отсутствуют, и ТТ работают в режиме холостого хода. Это может привести к недопустимому перегреву ТТ и появлению высоких напряжений во вторичных цепях, поэтому схема с уравновешенными напряжениями со стандартными трансформаторами тока по рис. 1.2 не применяется, обычно устанавливаются специальные промежуточные ТТ. Кроме того, схема требует использования максимально близких по характеристикам ТТ. Таким образом, схема с уравновешенными напряжениями получается более сложной, чем с циркулирующими токами, и поэтому она получила ограниченное применение.

В свою очередь схема с циркулирующими токами может выполняться в двух вариантах: с малым сопротивлением и с большим сопротивлением дифференциальной цепи реле.

Достоинством схемы с малым сопротивлением дифференциального реле является шунтировка измерительных ТТ, что максимально устраняет их влияние друг на друга.

Достоинством схемы с большим сопротивлением дифференциальной цепи является автоматическое загрубление защиты при насыщении какого-либо ТТ при внешнем КЗ, так как в этом случае малое сопротивление ветви намагничивания насыщенного ТТ шунтирует дифференциальную цепь, уменьшая ток (напряжение) небаланса.

Чаще всего схема с большим сопротивлением дифференциальной цепи применяется при выполнении дифференциальных защит шин, где возможно глубокое насыщение ТТ на том присоединении, где произошло внешнее для дифференциальной защиты КЗ и в чувствительных дифференциальных защитах от замыканий на землю. В настоящее время в связи с уменьшением затрат на реализацию сложных алгоритмов при переходе на электронную элементную базу изготовления реле, схема с большим сопротивлением вытесняется защитами с малым сопротивлением дифференциального реле.

При рассмотрении принципа действия дифференциальных защит было принято, что в нагрузочном режиме и в режиме внешнего короткого замыкания ток в дифференциальной цепи равен нулю. Это возможно только в том случае, если вторичные токи ТТ точно равны первичным приведенным токам, т. е.

В действительности в дифференциальной цепи в этих режимах протекает ток, называемый током небаланса.

Определим, из каких составляющих складывается ток небаланса.

Погрешность ТТ в работе диф защиты трансформатора

Эта составляющая тока небаланса характерна для всех дифференциальных защит и вызвана тем, что вторичный ток равен:

(1 – 2)

где I_втор. – вторичный ток ТТ;
I’_перв. – приведенный ко вторичной обмотке первичный ток;
I’_нам. – приведенный ко вторичной обмотке ток намагничивания.
Ток в реле – ток небаланса – равен (для дифференциальной защиты с двумя ветвями):

Iр. =Iнб.=Iвтор.1 – Iвтор.2 = I’перв.1 – I’нам.1 – I’перв.2 + I’нам.2 ,

(1 – 3)

где I_втор.1, I’_перв.1, I’_нам.1 – вторичный, приведенный первичный и приведенный ток намагничивания ТТ первой ветви;
I_втор.2, I’_перв.2, I’_нам.2 – то же для второй ветви.
При условии, что первичные токи защищаемого объекта равны первичным токам ТТ при внешнем коротком замыкании:
Ток небаланса будет равен:

(1 – 4)

В общем случае ток небаланса равен геометрической сумме токов намагничивания всех ветвей дифференциальной защиты:

(1 – 5)

Для того чтобы выявить влияние нагрузок ТТ и сопротивления дифференциального реле на ток небаланса, составим схему замещения дифференциальной защиты [3]:

Рис. 1. 3. Схема замещения дифференциальной токовой защиты

На рис. 1. 3. введены следующие обозначения:
Z’_перв1, Z’_нам1, Z_втор1 – приведенные сопротивления первичной обмотки и ветви намагничивания,сопротивление вторичной обмотки ТТ первой ветви;
Z’_перв2, Z’_нам2, Z_втор1 – то же для второй ветви;
I’_перв1, I’_нам1, I_втор1 – приведенные первичный ток, ток намагничивания и вторичный ток ТТ первой ветви;
I’_перв2, I’_нам1, I_втор1 – то же для второй ветви;
I_Р, Z_РО – ток в цепи дифференциального реле и сопротивление дифференциального реле;
r_пр1, r_пр2 – сопротивление соединительных проводов от ТТ до дифференциального реле для первой и второй ветви.

Принимая, что все сопротивления по рис. 1. 3 являются линейными элементами и составив для этой схемы уравнения по законам Кирхгофа, получим для I_нб при внешнем КЗ, когда I’_перв1 = I’ _перв2:

(1 – 6)

где Z₂ = Z_втор2 + r_пр2 ; Z₁ = Z_втор1 + r_пр1;
Z’_нам1 • Z’_нам2 = Z’ ²_нам;
Z’_нам1 + Z’_нам2 = 2Z’_нам.
Анализ формулы (1 – 6) показывает, что для снижения тока небаланса необходимо для менее мощных ТТ (имеющих меньшее сопротивление намагничивания) уменьшать внешнюю нагрузку.

К сожалению, для большинства трансформаторов со схемой соединения обмоток «звезда – треугольник», как раз для менее мощных ТТ, на стороне «звезды» нагрузка должна быть увеличена в три раза за счет соединения ТТ в «треугольник», что приводит к большой погрешности ТТ, к увеличению тока небаланса и соответственно к увеличению тока срабатывания дифференциальной защиты.

В переходных режимах работы токи небаланса могут во много раз превосходить установившиеся значения. Проведенные исследования показали, что переходный ток небаланса может содержать значительную апериодическую составляющую, причем при равенстве сопротивления плеч и идентичности вольт-амперных характеристик ТТ ток небаланса представляет однополярный сигнал.

При неравенстве сопротивления плеч ТТ в токе небаланса появляются отрицательные полуволны [4]. На переходный процесс оказывают значительное влияние постоянные времени первичной и вторичной цепи – с их возрастанием токи небаланса увеличиваются, а сам переходный процесс затягивается.

Для обеспечения правильного функционирования дифференциальной защиты необходимо ток срабатывания защиты отстроить от токов небаланса, вызванных погрешностью ТТ в режиме максимального тока внешнего короткого замыкания.

Ввиду сложности расчетов для реальных ТТ переходных токов небаланса, ток срабатывания дифференциальных защит выбирают по условию отстройки от установившегося тока небаланса, а учет переходного режима производится введением повышающего коэффициента kпер, который определяет степень конструктивной отстройки дифференциального реле от переходного режима (реле с промежуточными насыщающимися ТТ, реле с время-импульсной схемой и т.д.).

Для дифференциальных защит, в которых объединяются ТТ нескольких сторон защищаемого объекта, ток небаланса, вызванный погрешностями ТТ, определяется в режиме, когда ТТ одной стороны работают с допустимой погрешностью, а ТТ других – без погрешности.

В этом случае разность токов сторон будет протекать в дифференциальной цепи и определять ток небаланса.

Максимальная допустимая полная погрешность ТТ для дифференциальных защит в установившемся режиме максимального тока внешнего КЗ не должна превышать 10%.

Если для дифференциальной защиты используются ТТ одинакового типа, с одним коэффициентом трансформации, работающие примерно в одинаковых условиях, то мало вероятно, чтобы погрешность, с одной стороны, была равна допустимой, а с другой – равна нулю. Для учета таких условий работы ТТ (в формуле определения тока небаланса) вводится коэффициент однотипности ТТ, равный 0,5.

Таким образом, составляющая тока небаланса, вызванная погрешностью ТТ, определяется:

(1 – 7)

где k_пер – коэффициент, учитывающий переходный режим;
k_одн – коэффициент однотипности ТТ, который принимается равным 1,0 или 0,5 в зависимости от условий работы ТТ;
ε – полная погрешность ТТ в установившемся режиме при расчетном токе внешнего металлического КЗ;
I_{КЗ макс} – максимальное значение тока при установившемся внешнем металлическом КЗ.

Защита с током срабатывания, выбранным по условию отстройки от тока небаланса по (1–7), не обеспечивает требование необходимой чувствительности защиты, поэтому применяют различные способы повышения чувствительности и отстройки от тока небаланса. Традиционным способом отстройки от токов небаланса является процентное торможение, под которым понимается возрастание тока срабатывания дифференциального реле с увеличением тормозного тока. В качестве тормозного тока можно использовать фазный ток одной или нескольких сторон защиты, полусумму абсолютных значений токов сторон защиты и т.п.

Компенсация угловых сдвигов первичных токов и исключение токов нулевой чувствительности

Для силовых трансформаторов со схемой соединения «звезда−треугольник» между токами высшего и низшего напряжения существует угловой сдвиг с кратностью в 300. Без принятия мер для компенсации этого сдвига потребовалось бы значительное загрубление дифференциальной защиты по току срабатывания. Поэтому угловой сдвиг первичных токов компенсируется соответствующим поворотом вторичных токов на одной из сторон трансформатора.

Первичный поворот токов происходит из-за соединения обмоток трансформатора в «треугольник». Поэтому для компенсации фазовой погрешности трансформаторы тока тоже соединяются в треугольник.

Теоретически безразлично, на какой стороне соединить трансформаторы тока в «треугольник». Однако для силового трансформатора с заземленной нулевой точкой на стороне «звезда» при внешнем повреждении на землю со стороны нейтрали протекают токи нулевой последовательности – нейтраль «генерирует» токи нулевой последовательности. Эти токи трансформируются во вторичную цепь на стороне высшего напряжения, а на стороне «треугольника» в трансформаторах тока эти токи отсутствуют, так как первичные токи нулевой последовательности циркулируют внутри обмотки «треугольника» и не выходят во внешнюю цепь. Таким образом, весь ток нулевой последовательности со стороны «звезды» трансформатора будет протекать в дифференциальную цепь.

Для предотвращения ложного срабатывания дифференциальной защиты необходимо подавить токи нулевой последовательности в дифференциальной цепи.

Соединение трансформаторов тока на стороне «звезды» силового трансформатора в «треугольник» обеспечивает, с одной стороны, компенсацию углового сдвига первичных токов и, с другой стороны, отсутствие тока нулевой последовательности в дифференциальной цепи за счет того, что токи нулевой последовательности циркулируют внутри схемы «треугольника» трансформаторов тока.

Следует заметить, что соединение трансформаторов тока в «треугольник» увеличивает нагрузку вторичной цепи в три раза, что может привести к увеличению погрешности трансформаторов тока, необходимости увеличения сечения контрольных кабелей, замены трансформаторов тока и т.д.

В современных цифровых дифференциальных защитах компенсация углового сдвига токов и исключение токов нулевой последовательности обеспечивается программными средствами, что позволяет на всех сторонах силового трансформатора соединять трансформаторы тока в «звезду».

Интересное видео о защите силового трансформатора:

Разные коэффициенты ТТ в ДЗТ

Для выравнивания вторичных токов с разных сторон силового трансформатора необходимо, чтобы номинальные первичные токи силового трансформатора были равны номинальным первичным токам ТТ, а при соединении ТТ в «треугольник» – номинальный первичный ток ТТ был в √3 раз меньше номинального тока этой стороны силового трансформатора.

ТТ имеют стандартную шкалу номинальных значений, поэтому для выравнивания вторичных токов с разных сторон трансформатора используются промежуточные автотрансформаторы (трансформаторы) или магнитное выравнивание с помощью подключения цепей вторичных токов к разным числам витков.

Однако все эти способы не позволяют точно сбалансировать вторичные токи (невозможность установки дробного числа витков или из-за дискретности отпаек витков обмотки и т. п.), поэтому появляется дополнительная составляющая тока небаланса. Эта составляющая определяется:

(1 – 8 )

где W_расч – расчетное число витков;
W_уст – установленное число витков.
Расчетное число витков определяется по выражению:

(1 – 9)

где W_осн и I_{ном. осн} – число витков и номинальный ток стороны защищаемого трансформатора, принятой в расчете за основную;
W_расч и I_ном – расчетное число витков и номинальный ток стороны защищаемого трансформатора, принятой в расчете за неосновную.

Следует отметить, что в современных цифровых реле удается минимизировать эту составляющую тока небаланса (до уровня ≈ 1%).

Регулировка коэффициента трансформации силовых трансформаторов

Выравнивание вторичных токов ТТ производится при одном определенном коэффициенте трансформации силового трансформатора (при номинальном или оптимальном положении регулятора). При изменении положения регулятора напряжения равенство токов (ампер-витков) нарушается.

В дифференциальной цепи появляется еще одна составляющая тока небаланса, которая определяется по формуле:

(1 – 10)

где Δu – относительное максимальное изменение коэффициента силового трансформатора от номинального (оптимального) значения.

Ток намагничивания при работе ДЗТ

Основной особенностью дифференциальных защит трансформаторов является неравенство нулю суммы МДС его обмоток из-за необходимости создания в сердечнике трансформатора основного потока, т.е. отношение токов по сторонам трансформатора не равно отношению числа витков за счет наличия тока намагничивания.

Поэтому в токе небаланса появляется еще одна составляющая – ток намагничивания. В нормальном режиме ток намагничивания не превышает 1 – 2% номинального тока и практически не учитывается при выборе тока срабатывания дифференциальной защиты.

Однако в режимах перевозбуждения его величина может возрасти до значений, соизмеримых с током срабатывания дифференциальной защиты.

Режим перевозбуждения возможен при повышении напряжения обмотки свыше номинального или при снижении частоты, этот режим можно характеризовать краткостью перевозбуждения:

(1 – 11)

где – В_ном, u_ном, f_ном – номинальные значения индукции в сердечнике, напряжения и частоты.
При перевозбуждении увеличиваются потери в трансформаторе на гистерезис и вихревые токи, происходит нагрев до недопустимых температур конструктивных элементов, что приводит к нагреву изоляции и ее повреждению, поэтому режим перевозбуждения должен быть ограничен во времени.

Т а б л и ц а 1-1

Максимальное допустимое время существования режима перевозбуждения [1]

B/Bном	1,15	1,3	1,58	1,66
t, с	1200	20	1	0,1

Кроме повышения напряжения или снижения частоты, которые собственно и являются причинами перевозбуждения, этот режим характеризуется появлением в дифференциальном токе пятой, седьмой, а при схеме соединения ТТ дифференциальной защиты «звезда−звезда» еще и третьей гармоник. Так как насыщение сердечников силового трансформатора происходит в оба полупериода, то в токе намагничивания отсутствует постоянная составляющая.

При подаче напряжения на трансформатор или при восстановлении напряжения после отключения короткого замыкания ток намагничивания резко возрастает и может достичь значений пяти−восьмикратных от номинального, причем большая часть броска тока намагничивания протекает со стороны подачи напряжения, а в режиме холостого хода весь ток намагничивания проходит со стороны питания, т.е. этот ток будет проходить в дифференциальную цепь.

Поэтому должны быть выявлены признаки, по которым можно отличить бросок тока намагничивания от тока короткого замыкания из-за повреждения трансформатора.

Рассмотрим физические процессы, которые происходят при включении трансформатора на примере однофазного трансформатора (рис. 1. 4). Если в момент включения напряжение питания проходит через нулевое значение, то установившееся значение магнитного потока должно быть близко к максимальному. Магнитный поток в сердечнике трансформатора не может измениться мгновенно, что приводит к возникновению свободной апериодической составляющей потока, величина которой должна быть такой величины, чтобы результирующий магнитный поток был равен нулю или остаточному потоку, если к моменту включения в магнитопроводе существовал остаточный поток. В результате кривая результирующего магнитного потока оказывается смещенной относительно нулевой линии. В пределе через половину периода результирующий магнитный поток может принять двойное значение и более при наличии остаточной индукции с неблагоприятным знаком.

Насыщение магнитопровода и вызывает появление значительных бросков тока намагничивания.

Рис. 1.4. Бросок тока намагничивания однофазного трансформатора

В трехфазных трансформаторах на броски тока намагничивания каждой фазы оказывают влияние магнитные потоки в сердечниках других фаз и обмотки трансформатора, соединенные в «треугольник». В зависимости от момента подачи напряжения, режима нейтрали, групп соединения обмоток трансформатора, (трехстержневой трансформатор или состоит из однофазных трансформаторов) бросок тока намагничивания может быть двух видов.

В первом случае во всех трех фазах броски тока намагничивания имеют однополярный характер, причем в одной фазе бросок тока намагничивания будет максимальным, в двух других – одинаковые и противоположные по знаку первой фазы.

Во втором случае в двух фазах броски тока намагничивания имеют однополярный характер разного знака, а в третьей фазе – периодический характер. Периодический бросок тока намагничивания может достигать двукратного значения номинального тока трансформатора. Идеализированные формы двух видов броска тока намагничивания показаны на рис 1.5, а осциллограмма взятия под напряжение трансформатора с броском тока намагничивания второго вида приведена на рис. 1.6.

Рис. 1.5. Идеализированные формы бросков тока намагничивания первого и второго вида

Рис. 1.6. Осциллограммы токов намагничивания при взятии под напряжение силового трансформатора

При соединении ТТ дифференциальной защиты в «треугольник» при однополярных бросках тока намагничивания в дифференциальной цепи одной из фаз (где протекает разность токов) может появиться вторичный ток периодического характера.

После насыщения ТТ однополярным броском тока намагничивания во вторичном токе также появляются отрицательные полуволны.

Анализ кривых трехфазного броска тока намагничивания показывает следующие его характерные особенности:

• бросок тока намагничивания, по крайней мере в двух фазах, носит апериодический характер;
• апериодический бросок тока намагничивания в пределах одного периода имеет только один максимум и существенную токовую паузу в то время как ток короткого замыкания – два максимума за период;
• в периодическом броске тока намагничивания имеется бестоковая пауза, меньшая по длительности, чем при апериодическом броске;
• бросок тока намагничивания содержит высшие гармонические составляющие: вторую, третью и т. д., особенно велика доля второй гармоники. Даже в периодическом броске тока намагничивания доля второй гармонической составляющей велика.

К сожалению, при повреждении в зоне действия дифференциальной защиты ток короткого замыкания может иметь (как и при броске тока намагничивания) быстро затухающую апериодическую составляющую.

При насыщении трансформаторов тока апериодической составляющей первичного тока во вторичном токе появятся четные гармоники. При больших кратностях тока короткого замыкания в режиме глубокого насыщения трансформаторов тока во вторичном токе могут появиться и паузы. Таким образом, все признаки броска тока намагничивания присущи и вторичному току при больших величинах тока короткого замыкания в зоне работы дифференциальной защиты. Поэтому высокочувствительные дифференциальные защиты трансформаторов, использующие для блокировки один из перечисленных признаков броска тока намагничивания, могут правильно работать только в определенном диапазоне токов.

При токах, когда погрешности трансформаторов тока могут привести (в результате блокировки) к замедлению действия защиты или ее отказу, предусматривается грубая дифференциальная защита, отстроенная по току срабатывания от броска тока намагничивания, так называемая дифференциальная отсечка.

ПУЭ допускает использование дифференциальной отсечки как основной защиты на трансформаторах мощностью до 25 МВ•А. Для дифференциальной отсечки с электромагнитным токовым и выходным промежуточным реле ток срабатывания может быть принят трех–четырехкратным номинального тока трансформатора.

принцип действия, сферы применения дифзащиты

Трансформаторы (электротрансформаторы) играют важную роль в системе электроснабжения потребителей на пути от электростанций до конечных электроустановок. Они представляют собой электромагнитные устройства, включающие в себя магнитопровод и несколько обмоток, физически связанных между собой явлениями электромагнетизма и электромагнитной индукции. Предназначение трансформаторов заключается в повышении или понижении электрического напряжения или тока.

• Как работает дифференциальная защита трансформатора
• Где используется?
• Дифференциальная защита на базе реле РНТ
• Дифференциальная защита на базе реле ДЗТ
• Микропроцессорные терминалы дифференциальной защиты

Как и все элементы электрической сети, трансформаторы, в случае возникновения аварийных ситуаций, нуждаются в защите. Одним из видов такого рода средств обеспечения безопасной работы выступает релейная дифференциальная защита. Её самыми важными достоинствами являются:

• быстродействие, исключающее специально предусмотренную выдержку времени;
• абсолютная селективность – целенаправленное воздействие на пребывающий в аварийном режиме участок сети, при котором остальные сетевые объекты остаются в работе.

Как работает дифференциальная защита трансформатора

Ответ необходимо искать в самом понятии «дифференциальная» («диф. защита»), обозначающим разницу (неодинаковость) каких-либо факторов или параметров между собой. В случае дифференциальной защиты трансформатора (продольной по своей сути) в качестве этих параметров выступают токи вторичных обмоток трансформаторов тока. Трансформаторы тока устанавливаются в начале и в конце защищаемого участка. К примеру, на высшей и низшей сторонах силового трансформатора.

Схема подключения токового реле, выступающего здесь в роли исполнительного механизма, собрана таким образом, что разница токов вторичных обмоток (величина тока, протекающего через обмотку токового реле, далее именуемая просто «величина»), поступающая на его обмотку, является сигналом для срабатывания вышеназванного реле.

При нормальном режиме работы трансформатора токи направлены встречно друг к другу и величина равна нулю. При аварийном режиме токи сонаправлены, и величина становится достаточной для срабатывания токового реле, которое тут же выдаст сигнал на отключение повреждённого элемента цепи. В этом и заключается теоретическая суть работы дифзащиты трансформатора.

На практике всё обстоит немного иначе:

• Величина отличается от нуля даже в случае нормальной работы трансформатора. Так как имеет место протекание тока небаланса, в следствии разности технических параметров трансформаторов тока, воздействия намагничивающего тока, индуцируемого в обмотках трансформатора, а также соединения первичной и вторичной обмоток защищаемого трансформатора различными способами (звездой и треугольником). Правда, последняя проблема разрешима с помощью установки микропроцессорных устройств, вносящих необходимую корректировку.
• Дифференциальная защита способна осуществлять защиту трансформатора лишь при возникновении междуфазного короткого замыкания, межвиткового короткого замыкания и в случае замыкания фаз на землю. При внешних коротких замыканиях она бесполезна, а также способна производить ненужные отключения при разрывах соединений вторичных цепей.
• Областью действия дифзащиты охвачено место установки трансформаторов тока, включающее в себя ошиновки СН (среднего напряжения) и НН (низкого напряжения), а также место присоединения ТСН (трансформатора собственных нужд) к мосту НН.
• Дифференциальная защита реальных объектов требует точной и тщательной настройки с целью исключения случаев ложного срабатывания.

Где используется?

Дифференциальная защита нашла своё практическое применение в качестве наиболее важной защиты трансформаторов и автотрансформаторов. Однако вследствие целого ряда недостатков:

• сложности и дороговизны изготовления;
• необходимости создания помехозащищённой линии для защиты сигналов, поступающих от трансформаторов тока на токовое реле;
• потребности в принятии целого ряда мер для уменьшения тока небаланса

данный вид релейной защиты находит использование лишь:

• для трансформаторов или автотрансформаторов мощностью от 6300 кВА и выше, работающих одиночно;
• для трансформаторов и автотрансформаторов мощностью 4000 кВА и выше, работающих параллельно;
• для трансформаторов мощностью 1000 кВА и выше в том случае, если токовая отсечка не обеспечивает нужной чувствительности во время короткого замыкания на выводах высокого напряжения, а выдержка срабатывания максимальной токовой защиты свыше 0,5 сек.

Дифференциальная защита на базе реле РНТ

Реле с насыщающим трансформатором тока (НТТ) и электромагнитным реле выполнены по схеме циркулирующих токов. При этом в функции НТТ входят:

• защита от ложного срабатывания реле под воздействием тока небаланса, скачок которого происходит во время переходных процессов;
• компенсация разницы вторичных токов в плечах дифференциальной защиты, обусловленной конструктивными особенностями измеряющих устройств и внешними воздействиями.

Конструкция НТТ: трёхстержневой магнитопровод с удвоенным сечением среднего стержня по сравнению с крайними. На среднем стержне намотаны первичные обмотки; на среднем и правом – обмотки замкнутого контура; на левом стержне – вторичная обмотка, воздействующая на исполнительный орган. Всё это заключено в единый корпус, включающий в себя кожух и цоколь.

Срабатывание защиты (под воздействием тока короткого замыкания) происходит по достижении в стержнях заданной величины индукции: 0,4 Тл для правого и среднего стержней и 1,2 Тл для левого стержня.

Дифференциальная защита на базе реле ДЗТ

В тех случаях, когда отстройка от периодической составляющей токов небаланса во время коротких замыканий слишком велика, что приводит к росту порога чувствительности, на смену реле серии ДНТ приходят реле серии ДЗТ. В основу их работы положен принцип магнитного торможения, реализованный на базе насыщающегося трансформатора тока, но уже без короткозамкнутой обмотки.

Отсутствие короткозамкнутой обмотки компенсируется повышенным коэффициентом отстройки от переходных токов вследствие небаланса и бросков тока намагничивания. Конструктивно в данном случае вокруг магнитопровода среднего стержня намотаны первичные обмотки, вокруг левого и правого – катушки вторичной и тормозной обмоток. Часть витков вторичной обмотки питает исполнительный орган, получающий сигнал при возникновении коротких замыканий путём электромагнитных преобразований в системе НТТ.

Микропроцессорные терминалы дифференциальной защиты

Бесконечно долго функционировать система дифференциальной защиты трансформатора, базирующаяся на электромеханических устройствах (а именно таковые были рассмотрены выше), не может. Всё возрастающие требования к безопасной работе электроэнергетических устройств давно уже находят своё воплощение на базе микропроцессорной техники. Техники, позволяющей формировать комплексную защиту на базе функционирования терминалов высочайшего качества, созданных ведущими мировыми и российскими производителями.

Последнее слово в развитии систем дифференциальной защиты трансформаторов ещё не сказано. Релейная защита, как один из важнейших элементов безопасной работы энергосистем, подвержена постоянным изменениям. Она жадно впитывает в себя наиболее перспективные достижения как в области производства новой электрической аппаратуры, так и в области создания и функционирования современных интеллектуальных систем управления.

А значит, находится на самом пике технического прогресса. Тем более что востребованность создания новых разработок в области дифференциальной и целого ряда иных защит трансформаторов, предназначенных для индивидуального применения, становится всё более актуальной.

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 2 чел.
Средний рейтинг: 4.5 из 5.

Дифференциальная защита трансформатора — работа и проблемы, связанные с системой дифференциальной защиты

Трансформатор является одним из основных устройств энергосистемы. Это статическое устройство, полностью закрытое и обычно погруженное в масло, поэтому неисправности на них возникают, как правило, редко. Но последствия даже редкой неисправности могут быть очень серьезными для силового трансформатора. Следовательно, защита силового трансформатора от возможной неисправности очень важна.

Неисправность трансформатора в основном делится на два типа: внешние неисправности и внутренние неисправности. Внешняя неисправность устраняется релейной системой вне трансформатора в кратчайшие сроки, чтобы избежать любой опасности для трансформатора из-за этих неисправностей. Защита от внутреннего замыкания в таком типе трансформатора должна обеспечиваться с помощью системы дифференциальной защиты.

Схемы дифференциальной защиты в основном используются для защиты от междуфазных коротких замыканий и замыканий на землю. Дифференциальная защита, используемая для силовых трансформаторов, основана на принципе циркулирующего тока Merz. Такие виды защиты обычно используются для трансформаторов мощностью более 2 МВА.

Соединение для дифференциальной защиты трансформатора

Силовой трансформатор соединен звездой с одной стороны и треугольником с другой стороны. Трансформаторы тока, соединенные по схеме «звезда», соединены по схеме «треугольник», а трансформаторы по схеме «треугольник» — по схеме «звезда». Нейтраль соединения звезды трансформатора тока и соединения звезды силового трансформатора заземлены.

Тормозная катушка подключается между вторичными обмотками трансформаторов тока. Ограничивающие катушки контролируют чувствительную активность, возникающую в системе. Рабочая катушка размещается между точкой ответвления тормозной катушки и нейтралью вторичной обмотки трансформатора тока.

Работа системы дифференциальной защиты

Обычно рабочая катушка не пропускает ток, так как ток уравновешен на обеих сторонах силовых трансформаторов. Когда в обмотках силового трансформатора возникает внутренняя неисправность, балансировка нарушается, и рабочие катушки дифференциального реле пропускают ток, соответствующий разности токов между двумя сторонами трансформаторов. Таким образом, реле отключает главные автоматические выключатели на обеих сторонах. стороны силовых трансформаторов.

Проблема, связанная с системой дифференциальной защиты

При включении трансформатора в трансформаторе протекает кратковременный бросок тока намагничивания. Этот ток в 10 раз больше тока полной нагрузки и его затухания соответственно. Этот ток намагничивания протекает в первичной обмотке силовых трансформаторов, из-за чего он вызывает разницу в выходном токе трансформатора и заставляет дифференциальную защиту трансформатора срабатывать. действовать ложно.

Чтобы решить эту проблему, через катушку реле устанавливается плавкий предохранитель. Эти предохранители относятся к типу предохранителей с ограничением по времени с обратной характеристикой и не срабатывают при кратковременном переключении в перенапряжении. При возникновении неисправности предохранители перегорают, и ток неисправности протекает через катушки реле и приводит в действие систему защиты. Эту проблему также можно решить, используя реле с обратной и определенной минимальной характеристикой вместо реле мгновенного действия.

Дифференциальная защита трансформатора — Дифференциальная защита

Введение

Дифференциальная защита трансформатора представляет собой схему защиты, основанную на сравнении токов. Обычно она используется для защиты двусторонних компонентов, таких как обмотки трансформатора, от внутренних токов короткого замыкания.

Принципиально дифференциальная защита основана на идее сравнения токов в обмотке трансформатора с токами вне обмотки, если токи уравновешены, то разница между ними равна нулю и неисправность на трансформаторе отсутствует. обмотка.

В случае наличия внутреннего тока короткого замыкания или тока замыкания на землю входящий ток будет намного выше исходящего тока, и сравнение приведет к значительной разнице, которую можно использовать для генерирования сигнала отключения для отсоедините переключающие элементы.

Схема дифференциальной защиты обычно настроена на подачу сигнала отключения на коммутационные элементы, когда дифференциальный ток i _d превышает 20-25 % номинального тока i _п .

Как дифференциальный ток работает с пусковым током трансформатора?

Во избежание ненужных отключений из-за высоких пусковых токов в дифференциальной защите трансформатора используется функция подавления гармоник. Идея проста, логика дифференциального тока сопровождается этой функцией для обнаружения 2-й гармоники тока, которая является основным компонентом, связанным с пусковым током.

Кроме того, усовершенствованные схемы защиты используют 4-ю гармонику в дополнение ко второй гармонике для снижения вероятности срабатывания в случае пускового тока трансформатора.

Когда обнаруженная 2-я гармоника превышает заданное значение, дифференциальная защита на мгновение блокируется (удерживается) во избежание неправильного срабатывания в течение периода пуска, в противном случае дифференциальная защита будет отключать переключающие элементы при каждом пусковом событии.

Какое значение имеет согласование трансформаторов тока в дифференциальной защите?

Трансформаторы тока или датчики тока используются для отражения больших значений первичной цепи во вторичной цепи для сравнения.

Места установки датчиков тока или трансформаторов определяют зону защиты схемы дифференциальной защиты. Если трансформаторы тока установлены и не согласованы, то разница между токами не будет точно отражаться во вторичной цепи для сравнения, и измеренная разница не будет правильной, что указывает на ложный флаг.

Трансформаторы тока соединяются по схеме треугольника, когда обмотка защищаемого трансформатора соединяется звездой и наоборот.

Добавление трансформаторов тока в дифференциальную цепь делает схему дифференциальной защиты более сложной с точки зрения проводки и конфигураций.

Заключение

Схема дифференциальной защиты является достаточно надежным методом, используемым для защиты трансформаторов от внутренних повреждений, особенно в сочетании с функцией подавления гармоник, которая предотвращает ненужные отключения из-за пусковых токов.

Однако дифференциальная защита должна сочетаться с другими схемами защиты, чтобы полностью защитить трансформатор, а надежность, которую она обеспечивает, достигается за счет дополнительной проводки путем добавления вспомогательных трансформаторов или датчиков.