Пошаговая инструкция расчета дифференциальной защиты для трансформатора

Выбор типа защиты

Трансформаторы и автотрансформаторы, в частности, как относящиеся к одному из подвидов, надежны и конструктивно правильны с точки зрения того, что в них не присутствуют вращающиеся и движущиеся части. Это позволяет избежать внешних ударов и сколов, которые привели бы к повреждению внутренней части.

Также использование блока в качестве основного элемента конструкции позволяет избежать перемещений деталей внутри во время смены положения или передвижения. Но несмотря на это во время эксплуатации нельзя полностью защитить тс от нарушения стабильных режимов работы и внутренних повреждений. Для избежания этой проблемы оборудованию придается специальная релейная защита.

Также в конструкции устройства могут возникать короткие фазовые замыкания. При этом может быть действия между одними фазами, расположенными по соседству, или же между одной или двумя на землю. Также распространены проблемы, касающиеся возникновения коротких замыканий между обмотками с разными напряжениями и между витками одной фазы. Возникают кз и на поверхности шин, на вводах и кабелях.

Безусловно, избавление от замыканий и защита от них потенциально убережет специалистов от получения травм, связанных с токовым импульсом. Но и, кроме этого, по технике безопасности говорится, что защита трансформаторов необходима со стороны оберегания самих механизмов от повреждений, загорания, а окружающих предметов от пожаробезопасной ситуации, которая может возникнуть при поломке.

Выбор средств защиты происходит в зависимости от имеющихся проблем. Но в любом случае трансформатор оснащается определенными кожухами, носящими первичный характер. Остальные средства защиты подбирают, судя по мощности, конструкции и типологии возникающих проблем в устройствах данного типа.

Дифференциальная защита – принцип действия

Принцип действия дифференциальной защиты построен на применении первого закона Киргофа. Защищаемый объект принимается за узел, ток фиксируется полностью на всех ветвях, соединяющих объект с внешней электрической сетью.

При повреждении на отходящей ветви, сумма токов, входящих и отходящих из узла, равна нулю.

При повреждении объекта, в случае КЗ, сумма токов в ветвях будет равна токам короткого замыкания.

Диффзащита трансформатора отличается от дифференциальной защиты высоковольтных линий и генераторов наличием неравенства первичных токов разных обмоток трансформаторов и несовпадением по фазе.

Описание и область применения дифференцииальной токовой защиты

Дифференциальная защита является самой быстродейственной для оборудования. Благодаря ее принципу действия стало возможным применение на любых устройствах, как относящихся к типу обычных силовых тс, так и авто.

Но несмотря на преимущества схемы не универсальны. Имеют место быть не на всех устройствах, а удовлетворяющих таким характеристикам:

• одиночно работающие устройства с показателями мощности от 6300 кВ на А и более;
• функционирующие трансформаторы, расположенные параллельным образом, с мощностными показателями от 400 кВА.

Также используется дифференциальная защита в случае, если мощность устройства около тысяч кВА или может несколько выше, но токовая отсечка, которая также установлена в качестве защитного экрана, не обеспечивает нужного показателя чувствительности. Что касается последнего пункта, то в расчет берут то, что максимальная выдержка должна составлять не больше 1 секунды. Если в данном тс показатель превышен, то берется и дифференциальная защита.

Удобство схемы состоит в том, что она может использоваться при параллельной работе устройств. Если рассматривать обратный принцип работы, то выясняется, что при установке дифференциальной защиты происходит не только быстрое прохождение, но и селективное отключение прибора.

Как работает дифзащита трансформатора

Дифференциальная защита работает на сравнении величин токов в начале и в конце защищаемого участка, например и начале и конце обмоток силового трансформатора, генератора и т. п. В частности, участок между трансформаторами тока, установленными на высшей и низшей сторонах силового трансформатора, считается защищаемой зоной.

Рис 1. Дифференциальная защита трансформатора: а — токораспределение при нормальном режиме, б — то же при коротком замыкании в трансформаторе

Действия при срабатывании дифференциальной защиты трансформатора поясняется рис.1.

С обеих сторон трансформатора устанавливаются трансформаторы тока TT1 и ТТ2, вторичные обмотки которых включены последовательно. Параллельно им подключается токовое реле Т. Если характеристики трансформаторов тока будут одинаковы, то в нормальном режиме, а также при внешнем коротком замыкании токи во вторичных обмотках трансформаторов тока будут равны, разность их будет равна нулю, ток через обмотку токового реле Т протекать не будет, следовательно, защита действовать не будет.

При коротком замыкании в трансформаторе и в любой точке защищаемой зоны, например в обмотке трансформатора, по обмотке реле Т будет протекать ток, и если его величина будет равна току срабатывания реле или больше его, то реле сработает и через соответствующие вспомогательные приборы произведет двустороннее отключение поврежденного участка. Эта система будет действовать при междуфазных и межвитковых замыканиях.

Дифференциальная защита обладает высокой чувствительностью и является быстродействующей, так как для нее не требуется выдержки времени, она может выполняться с мгновенным действием, что и является ее главным положительным свойством. Однако она не обеспечивает защиты при внешних коротких замыканиях и может вызывать ложные отключения при обрыве в соединительных проводах вторичной цепи.

Рис. 2. Дифференциальная защита двух параллельно работающих трансформаторов

Зона действия дифференциальной защиты трансформатора (ДЗТ) ограничивается местом установки трансформаторов тока, и включает в себя ошиновку СН, НН и присоединение ТСН, включённого на шинный мост НН.

Ввиду её сравнительной сложности, дифференциальная защита устанавливается в следующих случаях:

• на одиночно работающих трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 6300 кВА и выше;
• на параллельно работающих трансформаторах (автотрансформаторах) мощностью 4000 кВА и выше;
• на трансформаторах мощностью 1000 кВА и выше, если токовая отсечка не обеспечивает необходимой чувствительности при КЗ на выводах высшего напряжения ( kч <� 2 ), а максимальная токовая защита имеет выдержку времени более 0,5 сек.

Применение дифференциальной защиты

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.

Виды

Несмотря на то, что дифференциальная защита относится к довольно популярному методу защиты трансформаторов применяться везде она не может. Связано это с тем, что распространяется сфера деятельности на устройства с ограниченными показателем мощности.

Токовая отсечка

Если прибор, в том числе и автомобильный трансформатор, работает при мощности выше 6 300 кВ-А (одиночный) или от 4000 кВ-А (параллельные несколько), то единственно удобным и рациональным способом защиты выступает токовая отсечка.

Действие основано целиком на принципах работы токовой отсечки линий. На вводах при коротком замыкании ток существенно больше, чем со стороны нагрузки. Ток срабатывания отсечки подбирается в зависимости от ее работы при коротком замыкании — она не должна сработать.

В формуле учитываются показатели максимального тока, который проходя через входы передается дальше, коэффициент надежности отсечки (выбирается из табличных данных). Учитывают чувствительность — она характеризуется определенным коэффициентом. Этот показатель не менее двойки.

Газовый

Еще один распространенный способ защиты — газовый. Применяется на различным виде оборудования, но только если присутствует масляное охлаждение с расширителями. Они обязательны с технологической точки зрения для работы таких устройств:

• трансформаторы и автотрансформаторы с мощностью от 6 300 кВА и больше;
• оборудование с мощностью от 1000 до 4000 кВА, которые не оснащены отсечками и дифференциальной защитой;
• приборы с указанными выше показаниями, которые обладают характеристикой максимальной токовой защиты от 1 секунды и более.

Если на трансформаторе со средними мощностными показателями установлена уже другая защита, например, дифференциальная или отсечки, то использование газовой не нужно. Но если устройство работает внутри цеха, его мощность превышает 630, то обязательна газовая защита, даже если другие виды.

От сверхтоков

Используется и методика защиты тс от сверхтоков. Она отключает источники подачи электроэнергии, если наблюдаются повреждения внутренней части механизма, в том числе и выключателей, шин.

Перегрузка обычно симметричная, для ограждения от ее используют максимальную токовую защиту по одной фазе. Если оборудование располагается в обслуживаемом помещении, то выдержка действия на сигнал, в не обслуживаемых — на разгрузку или отключение. Тип установки зависит от количества обмоток. Для двух обмоточных они находятся со стороны основного питания, а для трех обмоточных — на стороне обмотки, где нет питания, и со стороны питания. В случае эксплуатации варианты с трехсторонним питанием используется сразу три прибора на всех сторонах.

Дополнительные трансформаторы тока требуются для защиты от замыканий на корпусе. Он вставляется в заземляющую шину между контуром и корпусом. При этом включается токовое рыле на вторичке.

Обратить внимание стоит на то, что механизм защиты выбирается в зависимости от конструктивных особенностей. Определяющими являются и характеристики мощности, силы тока.

Блоками БМРЗ

Дифференциальную используют в качестве основной быстродействующей. Они необходима для защиты выводов, внутренней конструктивной части. Подключение к блоку БМРЗ происходит по схеме звезда. При этом не учитываются группы и схемы соединения.

Главное, чтоб устройство обеспечивало подачу вторичных токов с положительным направлением (в сторону прибора, для ограждения от короткого замыкания которого они предназначены). Двухфазное подключение делается только в том случае, если в треугольнике нужно подать общий токовый импульс фаз А и С в противофазе. Обратить внимание следует на то, что:

• первичные токи не совпадают по фазе, значения их не равны в модуле;
• угол сдвига в зависимости от вариации соединения первички и вторички;
• различия коэффициентов приводят к усилению неодинаковости вторичных токов;
• ограниченное использование промежуточных приборов достигается благодаря выравниванию;
• компенсация поворота фазы достигается благодаря перекосу треугольника.

Если короткое замыкание внешнее, то ток проходит только по фазам, соединенным по звезде. Если обмотка в типе треугольник, то токи перемещаются по периметру фигуры, при этом на фазах их нет. Токи нулевой последовательности не учитываются при расчетах.

В блоках ДМРЗ есть два вида защиты: ДТО и ДЗТ. Первый останавливают на показатель усиления небаланса в режиме кз, но в любом случае он не всегда приравнивается по коэффициенту чувствительности. Для обеспечения этой цели используют ДЗТ, который срабатывает, когда наблюдается ток торможения.

Расчет производится программным образом, при этом учитываются собственные токи трансформатора. Ток намагничивания есть только в принимающей напряжение обмотке. Блок ставится раздельно для любого контура. В некоторых случаях эффективней перекрестное блокирование.

Выбор первичных ТТ и ПТН блоков БМРЗ

Используемые ТТ обязаны быть соответствующими требованиями по релейной защите. Отдельно рассматриваются вопросы температурной устойчивости. Проводятся расчеты таких показателей:

• максимальный фазный ток, протекающий через устройство;
• минимальный фазный ток;
• номинальные коэффициенты тока;
• рабочий ток средний.

Принимают в расчет среднее знание погрешности максимальной 0,1, если кратность тока не более номинальной, такие же условия к нагрузке. Погрешность минимальная 0,5.

Настройка определяется программой, если при макс. значения тока ПТН не получается подобрать, то выбирают вариант с кратность тока первички в 10 процентов от погрешности и не более 20 процентов.

Дифференциальная токовая отсечка

ДТО влияет на настройку оборудования и обеспечения защиты разных конструктивных узлов. В частности, отстройка обеспечивается от:

• БТН;
• тока небаланса.

Макс значение принимается из двух возможных для срабатывания отсечки. Выбирается стандартно показатель на уровне четырех или пяти номинальных коэффициентов.

При расчете тока небаланса понимаются во внимания многие характеристики, в том числе и коэффициент отстройки, коэффициент погрешности ТТ при переходе, периодичность тока фазы внешнего давления, максимальное значение погрешности и минимальное, относительные погрешности и токи распределения.

Токовая дифзащита с торможением

Дифференциальная защита вычисляется аналогичны образом. Относительные погрешности определяются как половины диапазона регулирования. Крайние коэффициенты понимают только в том случае, если это не влияет на характеристики чувствительности.

Условия торможения будут различаться в зависимости от того, какое тс используется. Если речь идет о двухобмоточном, то коэффициенты погрешности не учитывают, их принимают равными единицы. Обязательно рассматривают схему соединения обмоток и элементов, только в таком случае возможно правильно подсчитать схемы.

Часть 2. Дифференциальные защиты электродвигателя

Согласно требованиям ПУЭ [2] электродвигатели мощностью 5МВт и более, имеющие выводы от начал и концов фазных обмоток, должны защищаться [1] от междуфазных замыканий с помощью дифференциальной токовой защиты.

Такой же защитой должны быть оборудованы электродвигатели мощностью менее 5 МВт, если коэффициент чувствительности ТО (см. [1]) меньше или равен 2.

Измерительный элемент D (рис. 1) определяет значение дифференциального тока Id равного геометрической сумме токов трансформаторов тока ТА1иТА2.

При КЗ внутри защищаемой зоны К1 (внутреннее КЗ) измеряемые токи I 1 и I2 практически совпадают по фазе, поэтому дифференциальный ток Id существенно больше нуля и соизмерим с геометрической суммой этих токов (рис. 2,а).

При КЗ вне зоны К2 (внешнее КЗ) геометрическая сумма токов (дифференциальный ток Id) в идеальном случае (при отсутствии погрешностей трансформаторов тока) равна нулю (рис. 2, б).

Для обеспечения правильного срабатывания защиты как при внешних, так и при внутренних КЗ в цифровых устройствах используют алгоритм (рис. 3), обеспечивающий торможение (загрубление уставки срабатывания Id уст) с увеличением сравниваемых токов.

Использование такого алгоритма обеспечивает неселективное срабатывание [2] защиты при внешних КЗ и селективное срабатывание при внутренних КЗ, а в случае правильно выбранных уставок — несрабатывание при внешних КЗ.

Данный алгоритм формирует два сигнала:

• дифференциальный ток Id = ∑I, абсолютное значение которого равно Id = |∑I|;
• тормозной ток Iторм, равный сумме абсолютных значений сравниваемых токов Iторм = ∑|I|.

Сравнение тормозного и дифференциальных токов происходит в блоке сравнения БС. Алгоритм торможения, примененный в блоках БМРЗ, будет подробно рассмотрен в следующей статье.

Характеристики дифференциальных токовых защит приведены на рис. 4.

Дифференциальная защита электродвигателей может быть реализована в двух- или трехфазном исполнениях.

Двухфазную дифференциальную защиту допускается выполнять при совместном применении с ней одной из защит от:

• замыканий на землю;
• двойных замыканий на землю, использующей трансформатор тока нулевой последовательности и токовое реле.

Во всех остальных случаях дифференциальная защита должна выполняться с тремя трансформаторами тока.

В соответствии с требованиями ПУЭ для блоков электродвигатель — трансформатор (автотрансформатор) мощностью более 2 МВт должна предусматриваться дифференциальная отсечка в двухрелейном исполнении, отстроенная от бросков тока намагничивания трансформатора.

Такой же защитой должны быть оборудованы блоки электродвигатель — трансформатор (автотрансформатор) мощностью менее 2 МВт, если коэффициент чувствительности ТО (см. [1]) меньше или равен 2 при междуфазном КЗна выводах электродвигателя.

Для блоков электродвигатель — трансформатор (автотрансформатор) должна быть предусмотрена дифференциальная токовая защита в двухрелейном исполнении с промежуточными насыщающимися трансформаторами тока.

Аналогичной защитой должны быть оборудованы блоки электродвигатель — трансформатор (автотрансформатор) мощностью менее 2 МВт, если ТО (см. [1]) не удовлетворяют требованиям чувствительности.

Согласно [1] оценка чувствительности дифференциальных защит должна производиться при помощи коэффициента чувствительности, определяемого как отношение расчетного значения дифференциального тока при металлическом КЗ в пределах защищаемой зоны к значению дифференциального тока, при котором происходит срабатывание защиты.

Отметим, что при использовании цифровых устройств релейной защиты реализация двух- и трёхфазных исполнений дифференциальных защит не представляет трудностей, так как в этих устройствах предусмотрено необходимое количество цифровых реле максимального тока для каждой фазы.

Известны два варианта выполнения дифференциальной токовой защиты электродвигателей:

• с током срабатывания меньше номинального тока защищаемого электродвигателя;
• с током срабатывания больше номинального тока защищаемого электродвигателя.

Первый вариант защиты применяют на объектах с постоянным обслуживающим персоналом.

При его использовании следует учитывать возможность неправильного действия защиты электродвигателя при:

• обрыве или другой неисправности токовых цепей;
• неисправности одного из трансформаторов тока.

Тем не менее, данный вариант защиты обеспечивает минимизацию объема повреждений в электродвигателях при внутренних междуфазных коротких замыканиях в статорной обмотке машины.

Второй вариант защиты рекомендован для применения на ответственных объектах и обеспечивает её правильную работу при:

• обрыве и неисправности токовых цепей;
• неисправности одного из трансформаторов тока.

Дифференциальная токовая защита с торможением (ДЗТ) является основной. Вместе с ней применяют дифференциальную токовую отсечку (ДТО), являющуюся вспомогательной по отношению к ДЗТ.

Существуют исполнения блоков серии БМРЗ-100 в которых предусмотрен только алгоритм ДТО (рис. 5), а алгоритм ДЗТ отсутствует.

В блоке А1 такого алгоритма выявляются максимальные значения токов со стороны питания защищаемого объекта Iв, а в блоке А2 — максимальные значения токов со стороны общей точки (нейтрали) защищаемого объекта Iн.

Дифференциальный ток вычисляет блок А3 по формуле (9) [3]:

id(t) =iв<(t) —iн(t) (9)

А4 формирует выходной сигнал при выполнении условия (10):

|id(t)| ≥IДТО (10)

где IДТО — уставка срабатывания ДТО.

В данном варианте алгоритма предусмотрен элемент А5 [4], который обеспечивает его действие с задержкой по времени срабатывания. При задании минимальной уставки срабатывание ДТО происходит не более, чем за 35 мс при кратности дифференциального тока по отношению к уставке 1,2.

Программный ключS910 выводит алгоритм ДТО из работы, а ключ S 910—обеспечивает действие алгоритма на отключение.

Блок А6 запрещает действие алгоритма на отключение при поступлении на вход устройства сигнала «Неисправность».

Учитывая, что применение в блоке только алгоритма ДТО без алгоритма ДЗТ не рекомендуется некоторыми специалистами, то во всех выпускаемых с 2009 года блоках серий БМРЗ и БМРЗ-100 предусмотрено применение обоих алгоритмов.

Общие принципы выбора уставок ДЗТ

Когда требуется уменьшить составляющую небаланса используют блоки БМРЗ с отдельными характеристиками. К числу таких относят учет положения прибора. Выделяют типы:

• грубые;
• чувствительные.

К первому типу установки относят все усредненные регулятивные положения (до половины отклонения). При чувствительных выбирают вариации с отклонениями не более 5 процентов от изначального показателя. Чувствительность увеличивается, если снижать ток при расчете положения трансформатора.

Принцип выбора состоит в поиске верной группы переключения. Условия пользования блоками приведены в инструкциях к устройствам. Современные варианты переключаются автоматически, при этом блок сам ответственен на подачу сигнала. Важно провести такие действия как установку первичного тока, установку сигнала небаланса.

Выбор уставки начального тока срабатывания ДЗТ

На этот этапе важной характеристикой становятся условия отстройки. Они вычисляются от максимального показателя тока небаланса при включенной нагрузке. Учет происходит в режимах двух переключателей. Один раз проверяются данные по грубому, а второй по чувствительному типу. После проводится суммирование показателей и вычисляется среднестатистическое.

Показатели тока меняются в зависимости от количества слоев обмотки. Для двухобмоточных или трехобмоточных вариантов будут разными показатели тока.

Выбор уставки коэффициента торможения второго участка, характеристики

Этот коэффициент вычисляется по формулам условий отстройки в зависимости от тока небаланса номинального, который появляется при токе торможения в окончании последнего участка.

Учитывается тип чувствительности установки — расчеты проводятся дважды. Грубыми принимают в том случае, если регуляции напряжения в источники не происходит и не имеет никакого влияния. Обычно для расчетов принимается значение равное минимальному для ввода.

Выбор уставки коэффициента торможением третьего участка, характеристики

Здесь учитываются условия отстройки срабатывания от тока небаланса при условиях максимальных показателей кз. Для вычисления необходимы данные о коэффициенте увеличения погрешности (он принимается стандартно равным 2,5), фазном токе, максимальной погрешности, номинальном вторичном токовом импульсе.

Проверка чувствительности ДЗТ

Чувствительность вычисляется на выводах, когда функционирование ведется в привычном режиме на ответвлении. По стандартам коэффициент не должен превышать двух. Но в ряде случаев снижение невозможно по техническим причинам. Значение принимается равным 1,5 или около того, если:

• мощностные характеристики на выводах низшего тс меньше 800 мва;
• если не происходит питание одной из сторон;
• при включении под напряжение с одной стороны;
• в режиме короткого замыкания за реактором.

Если присутствуют другие защитные механизмы, то ее допустимо не использовать. Все внимание уделяется коэффициенту чувствительности и по его особенностям судят о возможности исключения прибора. Расчет коэффициента проводится в случае, если минеральное значение небаланса более десятой доли единицы.

Выбор уставки сигнализации небаланса

Критерии выбираются таким образом, чтоб коэффициент находится в разумных границах. Учитываются показатели коэффициента отстройки (вкладываются дополнительные 10-20 процентов), а также максимум по временным показателям резервов.

Выбор уставок ДЗТ при наличии ТСН в зоне защиты

Коэффициент в таком случае будет равен 1,5. Учитывают периодичность протекания тока по фазам и показатели нормального тока, который подается на первичную обмотку трансформатора. Дополнительно рассматривают данные о рабочем токе, который возникает в режиме нагрузки.

Выбор уставок блокирования ДЗТ при возникновении БТН

Необходимо учитывать все вышеизложенные инструкции, но, кроме этого, инструкции дополнены другими пунктами. Среди них:

• перекрестную блокировку применять только в случаях, если того требуют особенности группы соединения обмоток;
• если возможно проследить причины отключения тс и устранить их, то блокирование крест-накрест не используется;
• если выявленная причина — недопустимое значение ИПБ для проведения блока, то повторно включают оборудование.

Уставка во времени — около одной секунды для оборудования средней и малой мощности, для больших величин стандартно 2 секунды.

Расчет дифференциальной токовой защиты двухобмоточного трансформатора с расщеплением.

Так как мощность силовых трансформаторов равна 25 МВА, то выбираем защиту на реле типа ДЗТ – 11.

Схема замещения трансформатора с расщеплением.

Ом

Ом

Ом

Ом

Определяем первичные токи для всех сторон защищаемого трансформатора, соответствующие его номинальной мощности. По этим токам определяются соответствующие вторичные токи в плечах защиты, исходя из коэффициентов трансформации трансформаторов тока nт и коэффициентов схемы kсх. Расчеты сводятся в таблицу 1.

Таблица 1.

Для основной зоны минимальный ток срабатывания защиты определяется по условию отстройки от броска намагничивающего тока при включении нагруженного трансформатора под напряжение:

Определяем число витков рабочей обмотки БНТ реле для основной стороны 110 кВ и для стороны 10 кВ, исходя из значения минимального тока срабатывания защиты.

Расчеты сводятся в таблицу 2.

Таблица 2.

Принимаю к использованию следующие числа витков: Wосн = 14 витков, что соответствует

А

Определение токов .

В случае раздельной работы трансформаторов:

Ом

А

Это величина тока, протекающего через защиту при внешнем коротком замыкании.

В случае параллельной работы:

Ом

А

Ток, протекающий через один трансформатор:

А

Для определения Iнб.рас. расчетным является наибольшее значение А

Расчеты сводятся в таблицу 3.

Таблица 3.

Определяем чувствительность защиты при к.з. между двумя фазами в минимальном режиме работы системы.

А

Требования к оформлению результатов расчета

Предъявляются определенные требования к оформлению порядка расчетов. Это позволяет проводить вычисления понятно для других радиолюбителей и специалистов, которые будут использовать информацию позже, если этого потребует ситуация.

Выдается специальный бланк задания. Если речь идет о крупном производстве, то этим вопросом занимаются уполномоченные сотрудники. Если расчет производится самостоятельно, то рекомендуется скачать образцы в интернет. Бланк включает в себя информацию об установках и ключах. Специалисты обязуются руководствоваться схематическими решениями, которые представлены в конкретной инструкции.

Примеры расчета

Двухобмоточный трансформатор

Начинается решение задачи с выяснения показателя от броска тока намагничивания и от тока небаланса. Первый равен произведению коэффициента отстройки на данные о номинальном токе тс. Значение второго тоже произведение из коэффициента запаса и тока небаланса.

Рассчитывается отрицательное положение тока, а ток небаланса включает в себя данные о всех. Учитываются коэффициенты апериодической составляющий и однотипности, трехфазного кз. Далее вычисляется:

• ток срабатывания реле;
• число витков обмотки ВН;
• число витков НН;
• коэффициент чувствительности защиты.

Двухобмоточный трансформатор с расщепленной обмоткой НН

Устройство с расщеплением обмотки низкого напряжения рассматривается как два двухобмоточные. При этом обязательным условием является их питание из общей сети.

Данные вносятся в общую схему, расчет проводится по идентичному алгоритму с предыдущим. Исключение составляет лишь последние этапы, когда проводится обозначение числа витков и влияние на это нагрузки.

Трехобмоточный силовой трансформатор

Расчет дифференциальной защиты тс с тремя обмотками будет немного дольше, так как проводится вычленение коэффициентов для каждой схемы. Алгоритм действий такой:

• определение первичных номинальных токов для ВН, СН и НН;
• определение вторичных номинальных токов, учитывая тип соединения;
• выбор рабочих ответвлений;
• вычисление расчетного коэффициента небаланса устройства, используя табличные данные;
• определение диф тока срабатывания;
• чувствительность тормозного показателя.

На последнем этапе определяется, выполняются ли условия сопоставления тока срабатывания в зависимости от приложенной нагрузки. Должно быть более двух.

На понижающих трансформаторах

Понижающие трансформаторы также нуждаются в диф. защите, что и другого типа. Расчет ведется аналогичным образом, то есть сначала вычисляются токи, небаланс, проверяются коэффициенты.

Важно обращать внимание на подключенные нагрузки и их мощностные показатели. При расчете понижающего оборудования — это обязательное условие.

Расчёт уставок дифференциальной защиты трансформатора

Дифференциальная защита трансформатора выполнена с применением устройства 7UT6. Для выбора его параметров, сначала необходимо выбрать коэффициенты трансформации трансформаторов тока, устанавливаемых на всех сторонах защищаемого трансформатора. Методика этого выбора

приведена в таблице 0.2

Таблица 0.2 –Выбор трансформаторов тока на сторонах защищаемого

При выборе тока срабатывания защиты необходимо обеспечить не действие защиты в двух режимах работы защищаемого трансформатора:

— при включении трансформатора только со стороны источника питания, когда в момент включения в питающей обмотке трансформатора появляются значительные броски тока намагничивания.

Для отстройки от броска тока намагничивания при включении трансформатора устройство снабжено фильтрами тока по второй и по пятой гармоникам. Рекомендуемая производителем уставка срабатывания — 20% от составляющей первой гармоники дифференциального тока.

— при трехфазных К.З. вне зоны действия защиты (повреждение на шинах низшего напряжения), когда через трансформатор проходит максимальный сквозной ток внешнего короткого замыкания. Это обеспечивается использованием тормозной характеристики у реле 7UT6.

Тормозная характеристика имеет постоянный коэффициент торможения.

Он выбран исходя из условия отстройки от токов небаланса при внешнем КЗ и предельных условиях:

-погрешность трансформаторов тока: 10%;

-диапазон регулирования РПН трансформатором: 12%;

-погрешность за счет не точного выравнивания токов в плечах защиты: 5%.

Итого:K Т

1,5 (0, 10  0,12  0,05) 0,40.

Тормозная характеристика чувствительной ступени дифференциальной защиты устройства 7UT6 имеет постоянный коэффициент торможения, равный

0,5.

Ток начала торможения выбирается из соображений не действия торможения при номинальном токе нагрузки трансформатора. Так как трансформаторы тока стороны НН выбираются по номинальному току силового трансформатора, поэтому при токах нагрузки, меньших номинальных, в реле будет протекать вторичный ток менее 5 А. Для обеспечения не действия торможения от токов нагрузки можно принять ток начала торможения равный

Iторм. = 5,0 А.

Рассчитываются уставки:

— определяются коэффициенты выравнивания по току для каждой из сторон.

Для стороны ВН, где трансформаторы тока собираются в треугольник, коэффициент выравнивания определяется по формуле:

I НОМ ТТ ВН

. . (4.3)

K B

1 

где I НОМ ТТ ВН

. . — номинальный первичный ток трансформатора тока, установленного со стороны ВН трансформатора;

I НОМ ТР ВН

. . — номинальный ток стороны ВН силового трансформатора.

K B

1 

 0,73,принимаем К В
1  0,73.

Для стороны СН, где трансформаторы тока собраны в звезду, коэффициент выравнивания определяется:

K B

2  tH L3p58HjDe7/JFpNt1UC9bxwbiGcRKOLClQ1XBj63rzdzUD4gl9g6JgNn8rDILy8yTEs38gcNm1Ap KWGfooE6hC7V2hc1WfQz1xFLdnC9xSC2r3TZ4yjlttVJFD1oiw3LQo0drWoqjpuTNfA24ri8jV+G 9fGwOu+29+9f65iMub6als+gAk3h7xh+8AUdcmHauxOXXrUG5JHwq5I93YnbG3hMEtB5pv+z598A AAD//wMAUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhALaDOJL+AAAA4QEAABMAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAFtDb250 ZW50X1R5cGVzXS54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAOP0h/9YAAACUAQAACwAAAAAAAAAAAAAAAAAv AQAAX3JlbHMvLnJlbHNQSwECLQAUAAYACAAAACEAJHBMOOMIAAAxNwAADgAAAAAAAAAAAAAAAAAu AgAAZHJzL2Uyb0RvYy54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAO2gx2tsAAAADAQAADwAAAAAAAAAAAAAA AAA9CwAAZHJzL2Rvd25yZXYueG1sUEsFBgAAAAAEAAQA8wAAAEUMAAAAAA== «>

 0,76, принимаем К В
1  0,76.

K B

2 

 0,36 принимаем К В
2  0,36.

— выбирается ток срабатывания дифзащиты и дифотсечки.

Выбирается уставка чувствительной ступени дифзащиты в долях номинального тока трансформатора: I ДТ

 0,51,0 (в долях от номинального тока трансформатора).

СР

Для трансформатора мощностью 63 МВ·А уставку чувствительной ступени дифзащиты в долях номинального тока трансформатора примем

I ДТ

1,0

СР

После выбора коэффициентов выравнивания уставки по току определяются по формулам:

5 I ДТ

I УСТ

 
СР
, (4.5)

K B

1

где 5 – номинальный вторичный ток трансформатора тока;

I ДТ

— уставка дифзащиты в долях номинального тока трансформатора

СР

(принимаем равным 0,5÷1,0);

K B

1 — коэффициент выравнивания по току для ВН.

5 I ДТ I УСТ

 
СР
,(4.6)

K B

2

I УСТ ВНДТ

.   6 .
A
Для обеспечения действительной уставки срабатывания защиты не менее выбранной ранее уставки необходимо принять ближайшую большую уставку которую можно выставить в устройстве 7UT6. Поэтому уставка тока срабатывания защиты по стороне ВН принимается I УСТ ВНДТ

.  6 .
A
I УСТ СНДТ

.   6 .
A
Из соображений, указанных ранее, уставка тока срабатывания защиты по стороне СН принимается I УСТ СНДТ

.  6 .
A
I УСТ ННДТ

.  13 .
A
Из соображений, указанных ранее, уставка тока срабатывания защиты по стороне НН принимается I УСТ ННДТ

.  7 .
A
Действительный ток срабатывания чувствительной ступени дифзащиты будет равен:

I ДТ

I СЗ ВНДТ

. 
УСТ ВН
. 
K ТТ ВН
. , (0.2)

K СХ ВН

.

где I УСТ ВНДТ

. — ток установки срабатывания защиты на стороне ВН;
K ТТ ВН
. — коэффициент трансформатора тока на стороне ВН;
K СХ ВН
. — коэффициент схемы на стороне ВН.

I СЗ ВНДТ

.  6,8 100 / 5 158 .
А

Проверим коэффициент чувствительности защиты при КЗ на стороне НН (в точке К2) при отсутствии торможения по формуле:

k Ч


I КЗ
(2).max , (0.3)

I СРТО

.

где I КЗ

(2).min — минимальный ток двухфазного КЗ в точке К2;
I СРТО
. — ток срабатывания реле токовой отсечки.

По известному значению тока трехфазного КЗ в минимальном режиме в точке К2 и К3 найдем ток двухфазного КЗ по формуле:

I КЗ

(2) 

 I КЗ
(3) , (0.4)

I КЗ

(2)  3 852  73 .
А
2

158

kЧ

 2,1 2

73
I КЗ

(3) 294  25 .
А
2

158

kЧ

  6,2  2

73

Отсюда следует, что чувствительная ступень дифференциальной защиты устройства 7UT6 удовлетворяет требованиям по коэффициенту чувствительности.

Грубая ступень дифотсечки отстраивается от броска тока намагничивания по величине установки тока срабатывания. Для средних

условий ее ток срабатывания должен быть равен (5÷6)·Iном. т-ра.

Грубая ступень дифференциальной отсечки не отстраивается по времени от броска тока намагничивания трансформатора и должна быть отстроена по току. Можно принять уставку по току равной 5·Iном.т-ра при напряжении 35 кВ

или 6·Iном.т-ра — при напряжении 110 кВ.

Поэтому уставка грубой ступени дифотсечки в долях номинального тока трансформатора выбирается равной: IДТ

 6,0.

СР

Вторичный ток срабатывания определяется по ранее приведенной формуле: 5 I ДО

I УСТ ВНДО

.  
СР
; (4.10)

K В

1

I УСТ ВНДО

.   41 .
А
По стороне ВН принимаем ближайшую большую уставку, которую можно выставить в устройстве 7UT6- I УСТ ВНДО

.  41 .
А
5 I ДО

I УСТ СНДО

.  
СР
; (4.11)
K В
3

I УСТ СНДО

.  39 .
А
По стороне СН принимаем ближайшую большую уставку, которую можно выставить в устройстве 7UT6- I УСТ ННДО

.  40 .
А
I УСТ ННДО

.  81 .
А
По стороне НН принимаем ближайшую большую уставку, которую можно выставить в устройстве 7UT6- I УСТ ННДО

. 81 .
А
Действительный ток срабатывания грубой ступени дифотсечки будет равен:

I СЗ ВНДО

. 

947 .A
Проверим коэффициент чувствительности дифотсечки при КЗ на стороне СН (в точке К1) по формуле (4.9).

По известному значению тока трехфазного КЗ в минимальном режиме в точке K1 найдем ток двухфазного КЗ по формуле:

I К

(2)1min  3 1354 1171 .
A
2

kЧ

 1.

Отсюда следует, что грубая ступень дифотсечки устройства 7UT6 удовлетворяет требованиям по коэффициенту чувствительности.

Выбор времени срабатывания дифзащиты и дифотсечки.

В первом приближении можно считать, что при токе срабатывания, равном 0,5 номинального тока трансформатора, выдержку времени необходимо установить порядка 0,20 с, а при токе срабатывания, равном номинальному — порядка 0,10 с.

Поэтому уставку выдержки времени срабатывания дифзащиты и дифотсечки примем, равную 0,10 с.