Токи намагничивания силовых трансформаторов и автотрансформаторов при включении их под напряжение

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 8Следующая ⇒

При включении силовых трансформаторов возникает резкий бросок тока намагничивания, имеющий затухающий характер (рис. 9.2.7.).

Изменение тока I_нам во времени характеризуется следующими особенностями:

1. Кривая тока носит асимметричный характер, пока ток I_нам не достигнет установившегося значения;

2. кривая может быть разложена на апериодическую составляющую и синусоидальные токи различных гармоник. Апериодическая составляющая имеет весьма большое удельное значение в токе I_нам;

3. Время затухания токов определяется постоянными времени трансформатора и сети, и может достигать 2-3 секунд. Чем мощнее трансформатор, тем дольше продолжается затухание;

4. Первоначальный бросок тока может достигать 5-10 кратного значения номинального тока трансформатора. У мощных трансформаторов кратность меньше, чем у маломощных.

Ток I_нам, появляется только в одной обмотке силового трансформатора (той, на которую подается напряжение при его включении (рис. 9.2.8.)). Для предотвращения ложных действий дифференциальной защиты, под влиянием I_нам принимают специальные меры:

1. Замедление защиты примерно на 1 секунду (широко применялся ранее). При этом теряется наиболее ценное свойство защиты – её быстродействие;

2. Блокировка при понижении напряжения;

3. Торможение от токов высших гармоник; (опыт эксплуатации отверг эти два способа, они были недостаточно надежны, приводили к чрезмерному усложнению защиты).

В настоящее время применяются следующие два способа:

1. Использование БНТ (быстро насыщающегося трансформатора), через который включаются дифференциальные реле. БНТ не пропускает апериодический ток, который составляет значительную часть тока намагничивания;

2. Отстройка от тока намагничивания по величине I_нам< I_С.З. На этом принципе работают дифференциальные отсечки.

Преимущество обоих способов:

1. простота;

2. надежность;

3. быстрота действия.

Рис. 9.2.8.

Схемы дифференциальных защит

Дифференциальная токовая отсечка

Схемы токовых цепей дифференциальной токовой отсечки (ДТО) могут выполняться в 2-х вариантах: по полной 3-х фазной схеме с тремя реле, и упрощенной схеме в 2-х фазном исполнении на стороне треугольника силового трансформатора с двумя реле (рис. 9.2.9.).

На трансформаторах большой и средней мощности следует применять 3-х фазную схему, как более совершенную.

Основным условием правильной работы ДТО является отстройка тока срабатывания от намагничивающего тока, возникающего при включении силового трансформатора. Для облегчения отстройки устанавливаются промежуточные реле с временем действия 0, 04-0, 06 с. (К этому моменту ток намагничивания спадает практически в два раза. (см. рис. 9.2.7.)):

(9.12.)

Из-за большой величины тока срабатывания, защита недостаточна чувствительна к витковым замыканиям.

(9.13.)

Рис. 9.2.9.

Достоинства ДТО:

1. Простота принципа действия;

2. Быстрота действия.

Недостатки ДТО:

Ограниченная чувствительность.

ДТО применяется на силовых трансформаторах малой мощности.

Дифференциальная защита с токовыми реле, включенными через БНТ

Общие сведенья

Схема дифференциальной защиты с реле тока РНТ-565 показана на рис. 9.2.10.

Рис. 9.2.10.

Применение БНТ позволяет выполнить простую и быстродействующую защиту, надежно отстроенную от токов небаланса и бросков намагничивания.

БНТ плохо трансформирует апериодические токи. В реле защиты попадает лишь переменная составляющая тока небаланса и броска намагничивающего тока силового трансформатора. (см. рис. 9.2.11. – осциллограммы токов в обмотках БНТ.) Временные зависимости наглядно показывают резкое снижение тока в реле и эффективность насыщающегося трансформатора.

За счет насыщения сердечника БНТ, обусловленного подмагничивающим действием апериодического тока, трансформация переменной составляющей также ухудшается, что ещё больше уменьшает ток в реле.

После затухания апериодической составляющей нормальные условия для трансформации периодического тока восстанавливаются.

Подмагничивающие действие апериодического тока, приводит к замедлению защиты при повреждении в её зоне. Трансформация уменьшается настолько, что ток в обмотке реле меньше тока срабатывания. Время замедления – 0, 03 –0, 01 секунды. Это является недостатком схемы дифференциальной защиты с БНТ.

Рис. 9.2.11.

Пояснения к рис.:

а) – при включении силового трансформатора под напряжение; б) – при сквозном КЗ. ( I_нам - ток намагничивания в первичной обмотке; I_P - ток намагничивания во вторичной обмотке; I_K - ток сквозного КЗ на плече дифференциальной защиты; I_нб - ток небаланса в первичной обмотке; - ток небаланса во вторичной обмотке БНТ).

Ток срабатывания защиты должен отстраиваться от переменной составляющей переходных токов намагничивания и небаланса:

(9.14.)

Реле РНТ-565 совмещает в себе устройство выравнивания вторичных токов защиты и БНТ. На рис. 9.2.10.: w_y₁, w_y₂ – уравнительные обмотки, позволяют выровнять магнитный поток при неравенстве токов I₁ и I₂ при сквозных КЗ. w_¶ - рабочая (дифференциальная) обмотка. В РНТ-565 используется токовое реле типа РТ-40.

Число витков уравнивающих обмоток регулируется отпайками и подбирается так, чтобы при внешних КЗ ток в обмотке реле КА был равен нулю. (См. формулу 9.4.)

Ток срабатывания защиты регулируется изменением числа витков обмотки w_¶.

На магнитопроводе реле РНТ имеется короткозамкнутая обмотка w_к. Она повышает степень отстройки реле от токов небаланса и бросков намагничивающих токов силового трансформатора особенно, когда эти токи имеют незначительную апериодическую составляющую, что понижает эффективность действия БНТ. Короткозамкнутая обмотка ограничивает периодический ток, возникающий во вторичной обмотке РНТ. Конструктивно размещение обмоток реле РНТ-565 показано на рис. 9.2.12.

Работа БНТ:

Ток I_¶, поступающий в обмотку w_¶ создает магнитодвижущую силу F_¶ = I_¶ w_¶, которая образует в среднем стержне магнитный поток Ф_¶, замыкающийся по крайним стержням магнитопровода.

В общем случае ток I_¶ состоит из переменной I_¶_.п. и апериодической I_¶_.а. составляющих. Соответственно этому образуются два магнитных потока Ф_¶_.п. и Ф_¶_.а..

Переменный поток Ф_¶_.п., замыкаясь по стержню 2, наводит в обмотке w₂, ЭДС Е₂. Апериодический поток Ф_¶_.а.. , медленно изменяющийся во времени, не создает ЭДС в w₂ и полностью затрачивается на намагничивание магнитопровода.

Переменная составляющая потока Ф_¶_.п., наводит в витках короткозамкнутой обмотки w_к ЭДС Е_к и ток I_к. Короткозамкнутая обмотка создает потоки Ф_к и Ф’_¶ направленные встречно потоку Ф_¶_.п. и заметно компенсируют его. В результате по магнитопроводу протекает остаточный поток Ф_п< Ф_¶_.п. (где Ф_¶_.п. – магнитный поток при отсутствии короткозамкнутой обмотки).

Таким образом короткозамкнутая обмотка уменьшает переменный магнитный поток, создаваемый периодическим током I_¶_.п., питающим обмотку w_¶.

Рис. 9.2.12.

Варианты схем включения обмоток реле РНТ

Варианты схем включения обмоток реле РНТ-565 показаны на рис. 9.2.13.:

а) У 2-х обмоточных трансформаторов для компенсации неравенства токов в плечах защиты достаточно использовать только одну уравнительную обмотку (включается в плечо с меньшим током.

б) Для повышения точности компенсации применяются схемы с включением двух уравнительных обмоток.

в) Схема с использованием только уравнительных обмоток.

г) Защита 3-х обмоточных трансформаторов. Уравнительные обмотки включаются в плечи с меньшими токами. Плечо с большим током подсоединяется непосредственно к дифференциальной обмотке реле.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 Следующая ⇒