Защита трансформатора от короткого замыкания

Для силовых трансформаторов с обмоткой высшего напряжения больше 1000 В предусматривается релейная защита от следующих видов повреждении и ненормальных режимов работы:

1) многофазных замыканий в обмотках и на их выводах,

2) внутренних повреждений (витковых замыканий в обмотках и «пожара стали» магнитопровода),

3) однофазных замыканий на землю,

4) сверхтоков в обмотках, обусловленных внешними короткими замыканиями,

5) сверхтоков в обмотках, обусловленных перегрузкой (если она возможна),

6) понижения уровня масла.

При выполнении защит трансформатора необходимо учитывать некоторые особенности его нормальной работы: броски тока намагничивания при включении трансформатора под напряжение, влияние коэффициента трансформации и схем соединения обмоток трансформатора.

Для защиты от многофазных замыканий в обмотках и на выводах трансформаторов мощностью 6300 кВА и выше, работающих одиночно, мощностью 4000 кВА и выше, работающих параллельно, а также мощностью 1000 кВА и выше, если токовая отсечка не обеспечивает необходимой чувствительности, максимальная токовая защита имеет выдержку времени более 0,5 с и отсутствует газовая защита, предусматривается продольная дифференциальная защита с циркулирующими токами, действующая на отключение выключателей силового трансформатора без выдержки времени.

Особенностью дифзащиты трансформаторов по сравнению с дифзащитой генераторов, линий и т. л. является неравенство первичных токов разных обмоток трансформатора и их несовпадение в общем случае по фазе.

Для компенсации сдвига токов по фазе вторичные обмотки трансформаторов тока, установленных со стороны звезды силового трансформатора, соединяют в треугольник, а вторичные обмотки трансформаторов тока, установленных со стороны треугольника силового трансформатора, — в звезду. Компенсация неравенства первичных токов достигается правильным подбором коэффициентов трансформации трансформаторов тока.

Когда нельзя подобрать коэффициент трансформации трансформаторов тока таким образом, чтобы разность вторичных токов в плечах дифзащиты была меньше 10 % (так как трансформаторы тока имеют стандартное значение коэффициента трансформации), при выполнении защиты для компенсации неравенства токов используют дифференциальные реле типа РНТ, реже — выравнивающие трансформаторы и автотрансформаторы.

Если не предусматривается продольная дифференциальная защита (как правило, на одиночно работающих трансформаторах мощностью ниже 6300 кВА и параллельно работающих трансформаторах мощностью ниже 4000 кВА), то в этих случаях со стороны источника питания устанавливается токовая отсечка без выдержки времени, охватывающая часть обмотки трансформатора.

На рабочих и резервных трансформаторах собственных нужд тепловых электростанций применяется продольная дифзащита, при мощности 4000 кВА допускается токовая отсечка.

Наиболее простой схемой выполнения продольной дифзащиты является дифференциальная токовая отсечка , которая применяется в случаях, когда она удовлетворяет требованиям чувствительности. Если это условие не выполняется, в продольной дифзащите используют реле типа РНТ.

Реле РНТ имеют насыщающиеся трансформаторы (НТ) , обеспечивающие снижение токов, обусловленных бросками тока намагничивания, и токов небаланса, возникающих во время переходного процесса при внешних коротких замыканиях, и компенсирующие неравенство вторичных токов трансформаторов тока.

На трансформаторах с регулированием напряжения под нагрузкой или многообмоточных трансформаторах с несколькими питающими обмотками , когда вследствие больших токов небаланса в реле при внешних коротких замыканиях защита с насыщающимися трансформаторами не обеспечивает требуемой чувствительности, предусматривается дифзащита с торможением и установкой реле типа ДЗТ или их заменяющими.

Предварительно защита рассчитывается для случая применения реле без торможения. Если она оказывается недостаточно чувствительной, применяют реле с минимальным числом тормозных обмоток, обеспечивающих требуемую чувствительность. Ток срабатывания продольной дифзащиты должен быть отстроен от токов намагничивания и токов небаланса.

Защита силовых трансформаторов от внутренних повреждений

Для защиты от внутренних повреждений (витковых замыканий в обмотках, сопровождающихся выделением газа) и от понижения уровня масла на трансформаторах мощностью 6300 кВА и выше, а также на трансформаторах мощностью 1000 – 4000 кВА, не имеющих дифзащиты или отсечки, и если максимальная токовая защита имеет выдержку времени 1 с и более, применяется газовая защита с действием на сигнал при слабых и на отключение при интенсивных газообразованиях . Применение газовой защиты является обязательным на внутрицеховых трансформаторах мощностью 630 кВА и выше независимо от наличия других быстродействующих защит.

Газовая защита устанавливается на трансформаторах, автотрансформаторах и реакторах с масляным охлаждением, имеющих расширители, и осуществляется с помощью поплавковых, лопастных и чашечных газовых реле. Газовая защита является единственной защитой трансформаторов от «пожара стали» магнитопровода, возникающего при нарушении изоляции между листами стали.

Допускается действие газовой защиты па сигнал как при слабом, так и при сильном газообразовании на трансформаторах, имеющих дифзащиту или отсечку, не имеющих выключателей, а также на внутрицеховых мощностью 1600 кВА и меньше при наличии защиты от коротких замыканий со стороны источника питания.

Защита трансформаторов от однофазных замыканий на землю

Для защиты от однофазных замыканий на землю повышающих трансформаторов мощностью 1000 кВА и более, присоединенных к сетям с большими токами замыкания на землю, а также на понижающих трансформаторах с заземленной нейтралью предусматривается максимальная токовая защита нулевой последовательности от токов внешних замыканий на землю, действующая на отключение.

Читайте также:  Развод ленточных пил инструкция

В связи с широким применением трансформаторов 6 – 10/0,4 – 0,23 кВ со схемой соединения обмоток треугольник — звезда, имеющих глухозаземленную нейтраль на стороне 0,4 кВ , у которых реактивное и активное сопротивления нулевой последовательности равны сопротивлениям прямой последовательности, токи однофазных коротких замыканий на стороне 0,4 кВ будут равны токам трехфазных коротких замыканий при коротких замыканиях на зажимах трансформатора или вблизи них.

При этих токах может работать максимальная токовая защита, установленная на стороне ВН, с достаточной чувствительностью, и защиту в нейтрали трансформатора допустимо не устанавливать, оставив ее только для защиты трансформатора при схеме блока трансформатор — магистраль при протяженном шинопроводе магистрали. Ток срабатывания реле защиты от однофазных коротких замыканий трансформаторов при коротких замыканиях на стороне 0,4 кВ (защита присоединена к трансформатору тока в пулевом проводе у нейтрали трансформатора) должен составлять для соединения обмоток:

где k н —коэффициент надежности, равный 1,15—1,25; k п — коэффициент, учитывающий перегрузку и равный 1,3 для масляных и 1,4 для сухих трансформаторов при отсутствии расчетных данных, k воз — коэффициент возврата реле, k т.т — коэффициент трансформации трансформатора тока, I ном.т — номинальный ток силового трансформатора.

В сетях с малыми токами замыкания на землю защита от однофазных замыканий на землю с действием на отключение устанавливается на трансформаторах в том случае, если такая защита имеется в сети.

Защита трансформаторов от сверхтоков в обмотках, обусловленных внешними короткими замыканиями

Для защиты понижающих трансформаторов от токов, обусловленных внешними короткими замыканиями, предусматривается максимальная токовая защита без пуска или с пуском от реле минимального напряжения , действующая на отключение выключателя. Вследствие низкой чувствительности максимальная токовая защита без пуска от реле минимального напряжения применяется только на трансформаторах мощностью до 1000 кВА.

Для защиты повышающих трансформаторов от внешних коротких замыканий. применяется максимальная токовая защита с пуском от реле минимального напряжения или токовая защита нулевой последовательности .

Максимальная токовая защита с пуском от реле минимального напряжения для повышающих многообмоточных трансформаторов получается довольно сложной (из-за наличия нескольких комплектов реле минимального напряжения) и недостаточно чувствительной по току. В этом случае применяется токовая защита нулевой последовательности . Последняя рекомендуется на повышающих трансформаторах мощностью 1000 кВА и более с глухозаземленной нейтралью.

Если защита повышающих трансформаторов не обеспечивает требуемой чувствительности, то для защиты трансформаторов допускается использовать токовые реле соответствующей защиты генераторов.

В ряде случаев для защиты мощных трансформаторов применяется токовая защита обратной последовательности, которая легко согласуется с аналогичной защитой генераторов.

На многообмоточных трансформаторах с питанием с нескольких сторон для обеспечения избирательности действия защита выполняется направленной.

Для защиты от перегрузки параллельно работающих нескольких трансформаторов мощностью по 400 кВА и более, а также при раздельной работе и наличии АВР предусматривается однофазная максимальная токовая защита, действующая на сигнал.

На необслуживаемых подстанциях защита может выполняться с действием на автоматическую разгрузку или отключение трансформатора.

Электрооборудование и распределительные сети на подстанциях должны быть защищены от повреждения при аномальных токах и от неравномерного питающего напряжения. В этой статье мы рассмотрим, какие бывают виды защиты трансформаторов, зачем они нужны, принцип их работы.

Виды защит

Все используемое оборудование в силовых распределительных установках защищено от кратковременных перегрузок и отключений от сети. Защита трансформатора от перенапряжений нужна, чтобы убедиться, что устройство выдержит напряжение гораздо выше номинального.

Для защиты от перенапряжений осуществляется подбор предохранителей. При аварийном отключении одного из трансформаторов, несколько таких же устройств, введенных в работу, будут компенсировать номинальное напряжение в сети, благодаря чему удастся избежать аварийной ситуации.

Основные и резервные виды защиты силовых трансформаторов:

  • Предохранители и трехфазные выключатели;
  • Дифференциальная защита трансформатора;
  • Газовая защита трансформатора;
  • Дифференциальная защита трансформатора;
  • Пожарная защита;
  • Сигнальная страховка при помощи специальных компьютерных программ.

Видео: проверка защиты трансформатора

Трехфазные выключатели и предохранители

Данный вид защиты трансформаторов применяется для контроля в достаточно мощных распределительных сетях. Также с их помощью удается осуществлять надежную защиту от грозовых скачков напряжения. Они очень эффективны в условиях производства для защиты и стабилизации напряжения.

Принцип действия газовой защиты

В типовой защите силового трансформатора имеется газовое реле. Оно состоит из двух отделений, каждое из которых выполняет определенную функцию. Первая из камер служит для контроля нагнетающего газа из масла, она установлена прямо над расширительным баком. Когда уровень газа, проходя через масло, доходит до максимума, камера начинает в небольших количествах его выпускать, это происходит в виде небольших выхлопов или постепенного открытия клапанов. В данной конструкции сигнализатором допустимого уровня газа служит простой поплавок.

Фото — Газовая защита

Индикатор может не только показывать уровень заполнения резервуара маслом, но и контролировать проходимость газов, диагностируя режим работы трансформатора в целом. Настроить правильную работу данного реле может обученный работник электроустановки.

Читайте также:  Фасады финских домов фото

Второе отделение газового реле подключается непосредственно к масляному контуру трансформатора и соединяет его вертикальные каналы, открывая путь для поднимающегося газа.

Мембрана в расширительном баке выступает в качестве индикатора изменения давления. Внезапное повышение давления масла сжимает мембрану, и диафрагма начинает двигаться. Также это движение может происходить из-за изменения атмосферного давления. Благодаря этому срабатывает специальный клапан, который отключает трансформатор, и включается короткозамыкатель. Мембрана газового реле – это очень нежная антикоррозийная деталь, при малейшем отклонении или повреждении она перестает корректно работать и нуждается в полной замене.

Автоматическая релейная защита

Реле защиты в трансформаторе представляет собой небольшую емкость с маслом, совмещенную с соединительной трубкой, выходящей из главного резервуара устройства. Используется в установках, таких как трансформаторы дуговой плавки, морская техника, ГПП и т.д. Служит для защиты от коротких замыканий. Реле состоит из двух основных элементов: резервуара и поплавка. Поплавок крепится на шарнире таким образом, что он может двигаться вверх и вниз в зависимости от уровня масла в резервуаре реле. На поплавок установлен ртутный выключатель. Положение выключателя зависит от положения поплавка.

Фото — Защита реле

Нижний элемент состоит из перегородки и ртутного индикатора. Эта пластина крепится плавкими шарнирами прямо напротив входа реле в трансформатор таким образом, что при поступлении масла с высоким давлением происходит его вытеснение. Помимо этих основных элементов реле в нем есть также газовые камеры, провода, клеммы, сигнальные кабеля и т.д.

Помимо этих основных элементов реле, в нем есть также газовые камеры, провода, клеммы, кабеля нейтрали и т.д.

Принцип действия релейной защиты трансформатора очень прост, схема дана ниже. Он является механическим приводом, и всякий раз, когда появляются незначительные внутренние неисправности в трансформаторе, такие как нарушение изоляции, поломка сердечника трансформатора и прочее, падает уровень масла в баке трансформатора, из-за чего ртутный индикатор отключает его от сети питания. Конечно, это не решает проблему, но все же значительно продлевает срок службы кабелей, нормализуя предусмотренный ток в линии.

Фото — Принцип работы

Принцип действия токовой дифференциальной защиты

Как правило, дифференциальная или тепловая защита устанавливается в высоковольтных «сухих» трансформаторах мощностью не более 5MVA с выключателями и контроллерами для защиты от замыканий и перенапряжений.

Фото — Продольная дифференциальная защита

У такой защиты есть определенные преимущества по сравнению с прочими видами:

  1. с помощью реле могут быть обнаружены неисправности в ТМГ изоляционного масла;
  2. дифференциальное реле, как правило, сразу реагирует на любые повреждения цепей, в зависимости от их классификации;
  3. данные защитные устройства могут самостоятельно обнаружить практически все ошибки.

Дифференциальная защита имеет самый простой принцип работы и устанавливается прямо в трансформаторный шкаф. Дифференциальные реле сравнивают между собой первичный и вторичный ток нагрузки, если находят дисбаланс между ними, то срабатывает защита.

Как видите, технологические способы защиты трансформатора основаны на контроле неравенства номинальных показателей. Это может быть уровень масла, тока, напряжения сети и т.д. Особое внимание нужно уделять защите масляных трансформаторов. В частности диагностика параметров с применением микропроцессорных технологий сможет решить многие проблемы.

Микропроцессор автоматически контролирует уровень поступающего масла в резервуар. Как только оно достигнет критического уровня, защита отключает питание устройства. Данная технология контроля в основном используется для собственных, распределительных сетей, подстанций, трансформаторов «масляного типа» с мощностью до 10-15 кВ.

Согласно ПУЭ, дистанционная или программная защита трансформатора устанавливается при напряжении сети от 6кВ до нагрузки и от 35кВ после нее, расчет установок производится только квалифицированным работником. Ранее для защиты пользовались вакуумными методиками, но поплавки оказались более действенными, значительно увеличив порог срабатывания защиты.

Купить устройства для защиты трансформаторов можно в любом городе России и Украины: Киеве, Москве, Санкт-Петербурге Вологде. Средняя стоимость – от 8000 рублей.

Устройства релейной защиты для силовых трансформаторов предусматривают от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:

а) многофазных замыканий в обмотках и на выводах;

б) однофазных замыканий на землю в обмотках и на выводах, присоединенных к сети с глухозаземленной нейтралью;

в) витковых замыканий в обмотках;

г) токов в обмотках, обусловленных внешними короткими замыканиями;

д) токов в обмотках, обусловленных перегрузкой;

е) понижением уровня масла в баке;

ж) однофазных замыканий на землю в сетях 6 – 10 кВ с изолированной нейтралью, если трансформатор питает, в которой отключение однофазных замыканий необходимо по требованиям безопасности.

Виды защит трансформатора определяются его мощностью, назначением режимом работы, местом установки, схемой включения.

Максимальная токовая защита (МТЗ) действует при повышении тока на защищаемом участке выше установленного значения. Может действовать на сигнал и отключение. Применяется для защиты трансформаторов, электродвигателей и линий электропередачи с односторонним питанием.

Токовой отсечкой называется максимальная токовая защита, выполненная с мгновенным действием или с выдержкой времени и предназначенная для обеспечения селективности в пределах зоны действия. Она отстраивается от токов замыкания на стороне низшего напряжения трансформатора, в конце линии или в начале следующего участка, от пусковых токов двигателей и т.п.

Читайте также:  Оформление торта цветами и ягодами

Дифференциально-токовая защита Основана на принципе сравнения в начале и в конце защищаемого участка. На трансформаторах она применяется для защиты от повреждений на выводах и от внутренних повреждений с целью селективного отключения поврежденного трансформатора.

Газовая защита применяется для защиты от повреждений внутри трансформатора, сопровождающихся выделением газа или при понижении уровня масла в баке.

Защиту трансформаторов небольшой и средней мощности (не более 1000 кВА) от коротких замыканий в его обмотках, на выводах и в соединениях до выключателей выполняют в виде токовой отсечки без выдержки времени или токовой защиты со ступенчатой характеристикой выдержки времени. Защиту устанавливают со стороны источника питания, непосредственно у выключателя. В зону действия защиты при этом попадет как сам трансформатор, так и его соединения с выключателями.

Для трансформатора мощностью 1000 кВА и более может быть предусмотрена продольная дифференциальная защита.

Наряду с защитами, действующими при повреждениях в самом трансформаторе и на его соединениях, предусматривают резервные защиты от внешних коротких замыканий. Они являются одновременно защитами шин, на которые работает трансформатор, если на шинах отсутствует собственная защита.

В качестве защит от внешних коротких замыканий применяют токовые защиты с выдержкой времени с включением реле на полные токи фаз и на их симметричные составляющие. Эти защиты реагируют также на внутренние короткие замыкания и могут использоваться даже как основные защиты трансформатора.

Для понижающих трансформаторов мощность 400 кВА и более с высшим напряжением до 35 кВ и соединением обмоток звезда-звезда с заземленной нейтралью на стороне низшего напряжения предусматривают специальную защиту от однофазных коротких замыканий на землю на стороне низшего напряжения, если защита от внешних замыканий не реагирует на эти повреждения. Такая защита обязательна для блоков трансформатор – магистраль низшего напряжения, но может не применяться на подстанциях с распределительными щитами, если они находятся от трансформатора не далее 30 м и соединение между трансформатором и щитом выполнено кабелем. В этом случае однофазное короткое замыкание переходит в многофазное, а отключение междуфазного короткого замыкания осуществляется защитой трансформатора.

Обязательным видом защиты всех масляных трансформаторов мощностью 6300кВАи более является газовая защита. Она также предусматривается для масляных трансформаторов мощностью 630 кВА и более, установленных на внутрицеховых подстанциях.

В качестве основной защиты трансформатора ГПП 35/10 кВ применяется МТЗ.

Ток срабатывания защиты

где Кзап=1,1 – 1,2– коэффициент запаса, учитывающий погрешность реле, неточности расчета;

Ксз=2,5 – 3 – коэффициент самозапуска, учитывающий возможность увеличения тока в защищаемой линии вследствие самозапуска электродвигателей при восстановлении напряжения после отключения короткого замыкания

Кв=0,8 – 0,85 – коэффициент возврата токового реле;

Iр.мах – максимальный ток первичной обмотки трансформатора в нормальном режиме работы.

Iр=S"р/ Uном

Ток срабатывания реле

где Кi – коэффициент трансформации трансформатора тока;

Ксх – коэффициент схемы зависит от способа соединения трансформаторов тока: Ксх=1 при соединении в полную и неполную звезду, Ксх= при включении реле на разность токов двух фаз.

Выбранная защита должна быть проверена по чувствительности

где Iк min – минимальный ток короткого замыкания в конце защищаемого или резервируемого участка.

Чувствительность защиты считается достаточной, если при коротком замыкании она составляет

Селективность защиты обеспечивается выбором выдержки времени по условию

где t2– выдержка времени защиты расположенной, ближе к источнику питания по сравнению защитой, имеющей меньшую выдержку времени t1;

Δt – ступень избирательности, в расчетах принимается Δt=0,6 – 1с для защит с ограниченно зависимой от тока короткого замыкания характеристикой времени срабатывания и Δt=0,3 – 0,6с для защит с независимой характеристикой времени срабатывания.

Максимальный ток первичной обмотки трансформатора ГПП в нормальном режиме работы.

Iр=S"р/ Uном=7997,8/ √3 35=132 А

Номинальный первичный ток выбранного трансформатора тока по составляет 150 А

Ток срабатывания защиты

= 1466 А

Коэффициент трансформации трансформатора тока

Ток срабатывания реле

= 31,2А

Минимальный ток короткого замыкания в конце защищаемого участка

Проверка защиты по чувствительности

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Учись учиться, не учась! 10468 – | 7923 – или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock detector