СХЕМЫ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ЗАЩИТ

а) Варианты схем токовых цепей защиты

провода отсутствующей фазы В используется нулевой (обратный) провод, в котором, как это следует из токораспределения на рис. 16-28, а, проходит геометрическая сумма противоположно направленных токов фаз Л и С, т. е. ток, совпадающий но величине и направлению с током отсутствующей фазы В (рис. 16-28, б):

Поэтому при всех случаях внешних к. з. токи в реле упрощенной схемы балансируются так же, как и в полной трехфазной схеме. В этом можно убедиться, построив распределение токов в цепях защиты при всех видах внешних к. з. или, что проще, рассмотрев для этих повреждений распределение токов прямой, обратной и нулевой последовательностей.

Упрощенная схема не действует при двойных замыканиях на землю на стороне низшего напряжения в тех случаях, когда земля в трансформаторе возникает на фазе, не имеющей трансформатора тока. Это повреждение будет отключаться другими защитами трансформатора — максимальной или газовой или защитой поврежденной линии.

На практике иногда применялась схема с третьим реле в фазе В. Такая схема обладает существенным недостатком — повышенным током небаланса в реле фазы В, поэтому она не рекомендуется к применению. В реле фазы (В) балансируются не два тока, как обычно, а три: I_b_∆ со стороны треугольника и токи двух трансформаторов тока а и b со стороны неполной звезды. В результате этого I_нбравен геометрической разности трех намагничивающих токов вместо двух в трехфазной

схеме ( _нам_b_λ- _нам_b_∆).

На трансформаторах большой и средней мощности следует применять трехфазную схему как более совершенную.

б) Дифференциальная токовая отсечка

Дифференциальная токовая отсечка выполняется посредством простых токовых реле, действующих на отключение без выдержки времени. Схема защиты показана на рис. 16-29.

Основным условием правильной работы защиты является отстройка тока срабатывания реле защиты от бросков намагничивающих токов, возникающих при включении трансформатора, и токов небаланса при внешних к. з.

Для облегчения отстройки от мгновенного пика бросков намагничивающих токов на выходе защиты следует устанавливать промежуточное реле с временем действия 0, 04—0, 06 с. За это время величина намагничивающего тока успевает снизиться, что позволяет не отстраиваться от максимального броска намагничивающего тока.

Ток срабатывания для отстройки от токов намагничивания при наличии выходного промежуточного реле со временем действия 0, 03—0, 06 с принимается в пределах I_с.з = (3÷ 5) I_ном.тВыбранный ток срабатывания должен проверяться непосредственным включением холостого трансформатора под напряжение.

Трансформаторы тока должны выбираться по кривым предельной кратности так, чтобы их полная погрешность не превышала 10%. При этих условиях отстройка от тока намагничивания одновременно обеспечивает отстройку и от токов небаланса при внешних к. з.

Из-за большой величины тока срабатывания защита недостаточно чувствительна к витковым замыканиям. Надежность действия защиты при повреждениях на выводах трансформатора с приемной стороны необходимо проверять по току к. з. Как обычно, чувствительность оценивается коэффициентом

Расчет коэффициентов трансформации трансформа торовтока и автотрансформаторов производится по § 16-5, б. Для выравнивания токов используются автотрансформаторы ВУ-25Б.

Достоинством защиты являются простота и быстродействие. Недостатком следует считать ограниченную чувствительность.

Дифференциальная отсечка обычно применяется на трансформаторах малой мощности в случаях, когда необходимо обеспечить быстрое и двустороннее селективное отключение их при междуфазных коротких замыканиях.

в) Дифференциальная защита с токовыми реле, включенными через быстронасыщающиеся трансформаторы

Схема и принцип действия. Применение быстронасыщающихся трансформаторов (БНТ) позволяет выполнить простую и быстродействующую дифференциальную защиту, надежно отстроенную от токов небаланса и бросков намагничивания. На рис. 16-30, а представлена схема дифференциальной защиты с реле типа РНТ-565. Как указывалось, БНТ плохо трансформирует апериодические токи (см. гл. 15). Переходные токи небаланса и броски намагничивающих токов силовых трансформаторов расположены асимметрично относительно оси времени и содержат вследствие этого значительную апериодическую составляющую, которая не трансформируется на вторичную сторону БНТ, а почти полностью идет на намагничивание его сердечника. В реле защиты попадает лишь переменная составляющая тока небаланса и броска намагничивающего тока силового трансформатора. Однако за счет насыщения сердечника БНТ, обусловленного подмагничивающим действием апериодического тока, трансформация переменной составляющей также ухудшается, что еще больше уменьшает ток в реле.

После затухания апериодической составляющей нормальные условия для трансформации периодического тока восстанавливаются. Подмагничивающее действие апериодического тока, появляющегося в первый момент к. з., приводит к замедлению защиты при повреждении в ее зоне. Из-за насыщения сердечника БНТ трансформация тока в реле уменьшается настолько, что ток I_р оказывается меньше I_с.р, и реле не действует до тех пор, пока не затухнет апериодическая составляющая тока. Продолжительность такого замедления невелика и составляет 0, 03—0, 1 с. Замедление действия является недостатком схемы с БНТ. На рис. 16-31, а приведена полученная из опытов осциллограмма тока намагничивания силового трансформатора Iнам, протекающего по первичной обмотке БНТ, и соответствующего ему тока I_р во вторичной обмотке БНТ, а на рис. 16-31, б — осциллограмма тока к. з. I_к и вызванного им тока небаланса I_нб и

тока I'_p, протекающих по первичной и вторичной обмоткам БНТ.

Ток срабатывания защиты должен отстраиваться от переменной составляющей переходных токов намагничивания и небаланса. В результате этого чувствительность защиты с насыщающимися трансформаторами оказывается выше, чем токовой отсечки. Опыт эксплуатации показывает, что ток срабатывания можно выбирать в пределах (1 ÷ 2) I_ном.т. При этом предполагается, что трансформаторы тока подобраны по кривым предельной кратности.

Выше отмечалось, что реле РНТ-565 совмещает в себе устройство для выравнивания вторичных токов защиты и БНТ, питающий реле. Схема, поясняющая его включение, показана на рис. 16-30.

Обмотки w_ди w₂ образуют насыщающийся трансформатор; первая из них включается по дифференциальной схеме (на разность токов), а вторая — питает токовое реле Р (типа РТ-40). Уравнительные обмотки w_у включаются в плечи защит и служат для уравнивания вторичных токов. В защитах двухобмоточных трансформаторов используется одна обмотка.

Число витков уравнивающей обмотки регулируется с помощью отпаек и подбирается так, чтобы при внешнем к. з. ток в реле, а следовательно, и в обмотке w₂ отсутствовал, т. е. I_р = I₂ = 0. Для обеспечения этого условия намагничивающие силы уравнительной и дифференциальной обмоток должны уравновешиваться согласно выражению (16-16), или иначе говоря поток Ф_д = —Ф_у2.

Ток срабатывания защиты регулируется изменением числа витков обмотки w_д. На магнитопроводе реле РНТ имеется короткозамкнутая обмотка w_к. Она повышает отстройку реле от токов небаланса и бросков намагничивающих токов силового трансформатора особенно, когда эти токи не полностью сдвинуты относительно нулевой линии (рис. 16-30, г).

Подобные токи имеют значительную периодическую составляющую и относительно небольшую апериодическую, что понижает эффективность действия БНТ. Короткозамкнутая обмотка w_к ограничивает периодический ток, возникающий во вторичной обмотке РНТ, но не изменяет подмагничивающее действие апериодической составляющей.

Ток I_д, поступающий в первичную обмотку РНТ w_д (рис. 16-30, б), создает магнитодвижущую силу F_д=I_д w_д, которая образует в среднем стержне магнитный поток Ф_д, замыкающийся по крайним стержням 2 и 3 магнитопро-вода.

В общем случае ток I_д состоит из переменной I_д, _п и апериодической I_д._а. составляющих: I_д = I_д. _п + I_д.а. Соответственно этому образуются две составляющие м. д. с. F_д..п и F_д.аи два магнитных потока Ф_д._пи Ф_д._а.

Переменный поток Ф_д.п замыкаясь по стержню 2, наводит в обмотке w₂, питающей реле Р, э. д. с. Е₂. Апериодический поток Ф_д._а, медленно изменяющийся во времени, не создает э. д. с. в w₂ и полностью затрачивается на намагничивание магнитопровода.

При наличии короткозамкнутой обмотки (рис. 16-30, в) переменная составляющая потока Ф_д._п наводит в витках w_kэ. д. с. Е_k и ток I_к. Последний создает м. д. с. F_к = I_кw_k и F'_k = 1_кw'_к.

Магнитодвижущая сила F_к действует навстречу F_д.п и почти полностью компенсирует ее. Результирующая м. д. с. F₁ = F_д.п—F_k создает остаточный поток Ф_п« Ф_д.п (где Ф_д.п —магнитный поток при отсутствии короткозамкнутой обмотки). Магнитодвижущая сила F'_k образует поток Ф'_k, замыкающийся вместе с составляющей потока Ф_п по стержню 2.

Параметры короткозамкнутой обмотки подбираются так, чтобы суммарный магнитный поток в стержне 2 Ф₂ = Ф_п2 + Ф'_к₂ был меньше потока Ф_д.п2^. Здесь Ф_п2, Ф'_ки Ф_д _п2 —составляющие магнитных потоков Ф_п, Ф_ки Ф_д.п, замыкающиеся по стержню 2. Таким образом, короткозамкнутая обмотка уменьшает переменный магнитный поток, создаваемый периодическим током I_д.п,питающим обмотку w_д.

На магнитодвижущую силу F_д.а, создаваемую апериодическим током I_да, короткозамкнутая обмотка w_к не влияет, так как скорость изменения тока I_д. _а очень мала и поэтому ток I_д._а не вызывает в ней э. д. с. Это означает, что поток Ф_д._а, создаваемый F_д._а = I_д._аw_д, и его подмагничивающее действие практически не зависят от короткозамкнутой обмотки.

Короткозамкнутая обмотка уменьшает трансформацию периодической составляющей тока в реле и не влияет на величину и действие апериодической составляющей. Влияние обмотки w_к равноценно уменьшению периодического тока в обмотке w_дc I_д _п до некоторой величины I'д _п при сохранении неизменной I_д._а

Изменением сопротивления г меняются величины тока I_к и его фаза относительно первичного тока I_д._п. Это позволяет регулировать влияние коротко-замкнутой обмотки на работу реле.

Варианты схем включения обмоток реле РНТ (рис. 16-32). В дифференциальной защите двухобмоточных трансформаторов (или автотрансформаторов) для компенсации неравенства токов в плечах защиты достаточно использовать только одну уравнительную обмотку (например, w_у_II), включая ее в плечо с меньшим током (рис. 16-32, а).

Для повышения точности компенсации применяются схемы с включением уравнительной обмотки в каждое плечо защиты, при этом дифференциальная обмотка, как и в предыдущей схеме, включается на разность токов плеч (рис. 16-32, б) и, наконец, возможна схема с использованием только уравнительных обмоток w_у_I и w_у_II по рис. 16-32. в.

В схемах защиты трехобмоточных трансформаторов (рис. 16-32, г) используются дифференциальная и обе уравнительные обмотки. Последние включаются в плечи II и IIIс меньшими токами. Плечо I с большим током подсоединяется непосредственно к дифференциальной обмотке реле.

Выбор параметров защиты: коэффициентов трансформации трансформаторов тока, тока срабатывания защиты и витков дифференциальной и уравнительных обмоток (рис. 16-30, а) [Л.5, 6, 10].

1. Определяются коэффициенты трансформации трансформаторов тока первой и второй групп Т₁ и Т_II из условия, что трансформаторы тока должны длительно допускать протекание номинального тока защищаемого трансформатора (или автотрансформатора) и обеспечивать равенство токов в плечах защиты согласно (16-116) и (16-12).

В схемах защиты, в которых обе группы трансформаторов тока (первая и вторая) соединены в звезду, коэффициенты трансформации n_т1 и n_т_II определяются по выражению

где I_ном_I и I_ном_II— номинальные токи силового трансформатора, отнесенные к напряжению той стороны, где установлены рассматриваемые трансформаторы тока.

Номинальные токи силовых трансформаторов находятся по их номинальной мощности S_Ном, а автотрансформаторов — по их проходной мощности S_прох.

По расчетным значениям n_т1 и n_т_II выбираются стандартные трансформаторы тока с тем же или ближайшим большим n_т.

В дифференциальных защитах, у которых одна группа трансформаторов тока соединена в треугольник, а вторая — в звезду, коэффициент трансформации n_т_IIвторой группы выбирается по выражению (16-21).

Первая группа, соединенная по схеме треугольника, должна длительно выдерживать номинальный ток обмотки силового трапсформатора, соединенной в звезду (I_ном1). Этому условию удовлетворяет трансформатор тока с коэффициентом трансформации n_т1≥ I_ном_I/5. Однако для обеспечения равенства токов в плечах защиты [по условию (16-12)] расчетный коэффициент n_т1 принимается в раз большим по выражению

Плечо с большим током называется основным, в дальнейшем будем считать, что основным является плечо I (рис. 16-30, а).

Если токи I_1в и 1_IIВ различаются больше чем на 5%, то предусматривается компенсация их различия с помощью уравнительных обмоток трансформатора в РНТ.

3. Выбирается ток срабатывания защиты. Он должен быть отстроен от броска намагничивающего тока защищаемого трансформатора или автотрансформатора и от максимального тока небаланса при внешнем к. з.

По первому условию

здесь k_сх учитывает схему соединений трансформаторов тока на стороне, по которой протекает ток к. з. I_к_.з.

В соответствии с ПУЭ допускается k_ч ≥ 2.

При недостаточной чувствительности из-за большого значения тока небаланса приходится применять более сложные реле с торможением.

Числовые примеры расчета уставок приведены в [Л. 6, 22].

г) Дифференциальная защита с реле, имеющими торможение

В дифференциальных защитах, установленных на трансформаторах с регулированием напряжения под нагрузкой или многообмоточных трансформаторах с несколькими питающими обмот ками, токи небаланса в установившемся режиме имеют значительную величину. В этих случаях дифференциальная защита с реле, включенными через БНТ, получается малочувствительной вследствие того, что ее ток срабатывания приходится увеличивать до 3—4-кратного значения номинального тока трансформатора. Чувствительность дифференциальной защиты в указанных случаях может быть повышена применением дифференциальных реле с торможением. Принцип действия таких реле был рассмотрен в гл. 10.

Схема и характеристики дифференциальной защиты с торможением. Схема защиты для двух- и трехобмоточного трансформаторов показана на рис. 16-33. Рабочая обмотка реле включается дифференциально, т. е. на разность токов трансформаторов тока, а тормозные — в плечи дифференциальной защиты с таким расчетом, чтобы в любом случае внешнего к. з. хотя бы одна тормозная обмотка реле обтекалась током сквозного к. з.

При этих условиях ток срабатывания защиты (т. е. ток в рабочей обмотке, необходимый для действия защиты) под влиянием тока, протекающего в тормозной обмотке реле, возрастает, что повышает надежность отстройки защиты от появляющихся в этом случае токов небаланса (рис. 16-34).

При к. з. в зоне ток повреждения I_к, протекающий по тормозным обмоткам, загрубляет реле (увеличивает его I_с.р) так же, как и в условиях внешнего к. з., но несмотря на это чувствительность тормозного реле оказывается выше, чем у реле с БНТ без торможения, что видно из диаграммы, приведенной на рис. 16-34 (точки а и б). Чувствительность тормозного реле при к. з. в зоне можно повысить, если тормозные обмотки включать не во все плечи защиты (как показано на рис. 16-33), а только там, где это необходимо для торможения при внешних к. з. Например, если у защиты двухобмоточного трансформатора (рис. 16-33, а) включить только одну тормозную обмотку Т₂ (в плечо, по которому при повреждении в зоне ток I_т = 0), то при внешнем к. з. торможение будет, а при к. з. в зоне оно отсутствует и реле будет срабатывать при токе I_р == I₀, т. е. при меньшем токе, чем при наличии тормозной обмотки Т₁. Чувствительность тормозного реле можно повысить и на трехобмоточном трансформаторе, если не включать тормозной обмотки Т₁.

Для обеспечения достаточной надежности действия защиты при повреждениях в зоне и селективности при внешних к. з. коэффициент торможения, характеризующий наклон характеристики реле (рис. 16-34), принимается равным 30—60%, а начальный ток I_с.р₀ при I_т = 0 выбирается равным 1, 5—2 А, т. е. 30— 40 % I_ном.т.т.

Однако наличие торможения не устраняет возможности срабатывания реле от бросков намагничивающего тока, так как в этом случае ток в рабочей обмотке равен току в тормозной обмотке, что соответствует условиям к. з. в зоне защиты.

Наряду с этим торможение при внешних к. з. оказывается

часто недостаточным для предотвращения ложного действия защиты под влиянием сильно возрастающих переходных токов небаланса. Для устранения этих недостатков тормозных реле в СССР разработана конструкция дифференциальных реле, сочетающих в себе принципы торможения с принципом отстройки от апериодических токов при помощи БНТ. Успешное решение этой задачи привело к разработке в Новочеркасском политехническом институте имени Орджоникидзе оригинальной конструкции реле с магнитным торможением, показанной на рис. 16-35 [Л. 66, 72].

Реле с магнитным торможением. Реле (рис. 16-35) состоит из трехстержневого насыщающегося трансформатора 1, питающего обмотку электромагнитного реле 2. Насыщающийся трансформатор имеет, как и обычный БНТ, первичную рабочую обмотку w_ри вторичную обмотку w₂, в цепь которой включено дифференциальное реле. Для осуществления торможения на магнитопровод насыщающегося трансформатора насажена третья — тормозная обмотка w_т. Рабочая обмотка включается дифференциально, а тормозная — в рассечку плеча токовой цепи защиты, т. е. так же, как соответствующие обмотки обычного тормозного реле.

Тормозная и вторичная обмотки реле состоят из двух секций: А и В, расположенных на крайних стержнях магнитопровода. Рабочая обмотка помещена на среднем стержне.

Секции w_т_A и w_тВ тормозной обмотки соединены так, что создаваемый ими магнитный поток Ф_т замыкается по крайним стержням. Поток Ф_т наводит в секциях w₂_А и w₂_В вторичной обмотки э. д. с. Е_тА и Е_тВ, которые, однако, взаимно уничтожаются, так как они равны по величине и взаимно противоположны по направлению. В результате этого ток тормозной обмотки не создает тока в реле и служит только для подмагничивания крайних стержней магнитопровода, насыщая их и ухудшая трансформацию тока из рабочей обмотки во вторичную.

Поток Ф_р, создаваемый рабочей обмоткой, замыкается по крайним стержням и наводит в секциях вторичной обмотки согласно направленные э. д. с, обусловливающие ток в реле.

Поток

Отсюда следует, что ток I_р, необходимый для создания потока Ф_р, достаточного для действия реле 2, зависит от магнитного сопротивления R_м, которое увеличивается с насыщением крайних стержней магнитопровода, вследствие подмагничивания их током I_ттормозной обмотки. Чем больше ток I_т, тем больший ток I_ртребуется для действия реле. Эта связь выражается уравнением I_р = k_тI_т и изображается графически кривой 1 на рис. 16-36.

Параметры трансформатора подбираются с таким расчетом, чтобы коэффициент торможения k_т= 30 ÷ 60%; его величина остается постоянной в пределах от 10 до 50 А, увеличиваясь при больших значениях тормозного тока. При отсутствии тока в тормозной обмотке рассматриваемое реле работает как обычное реле с БИТ.

При внешнем к. з. ток, проходящий по тормозной обмотке, насыщает крайние стержни магнитопровода, в результате чего ток срабатывания реле возрастает, одновременно с этим ухудшается трансформация тока небаланса, появляющегося в рабочей обмотке трансформатора.

При повреждении в зоне защиты ток в рабочей обмотке равен или больше тока I_т; в этих условиях, несмотря на подмагничивание магнитопровода, в реле появляется ток, достаточный для его действия, что вытекает из характеристик, показанных на рис. 16-36.

Магнитная индукция при токе срабатывания реле достигает значения, при котором начинается насыщение магнитопровода (1, 1—1, 2 Т), благодаря чему апериодический ток почти не трансформируется во вторичную обмотку, как и в обычном БНТ. Поэтому рассмотренное реле не реагирует на апериодическую составляющую, содержащуюся в намагничивающем токе силового трансформатора и токе небаланса при неустановившихся режимах.

Важнейшими преимуществами реле являются: простота конструкции, хорошая тормозная характеристика, относительно небольшая зависимость I_с.рот фазы тормозных токов, надежная отстройка от апериодической составляющей токов намагничивания и возможность выполнения реле с тремя и более тормозными обмотками. Последнее решает задачу защиты многообмоточных трансформаторов.

Вследствие загрубления реле и уменьшения тока небаланса, поступающего в обмотку реле, повышается отстройка защиты от токов небаланса.

Отечественная промышленность выпускает реле типа ДЗТ, основанные на рассмотренном принципе. Эти реле содержат в себе трансформатор для выравнивания токов в плечах защиты. Имеются реле с одной тормозной обмоткой ДЗТ-11, предназначенные для двухобмоточных трансформаторов, с тремя (ДЗТ-13) и четырьмя (ДЗТ-14) тормозными обмотками, применяемые на многообмоточных трансформаторах.

⇐ Предыдущая 56 57 58 59 606162 63 64 65 Следующая ⇒