Основные и резервные защиты: мифы и реальность

Страница 11 из 24

Глава четвертая

ПРИНЦИПЫ ВЫПОЛНЕНИЯ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ПОНИЖАЮЩИХ ТРАНСФОРМАТОРОВ
4-1. Типы релейной защиты трансформаторов
Для защиты понижающих трансформаторов от повреждений и ненормальных режимов в соответствии с Правилами и на основании расчета применяются следующие основные типы релейной защиты.
1. Продольная дифференциальная защита - от коротких замыканий в обмотках и на их наружных выводах, для трансформаторов мощностью, как правило, 6,3 MB-А и выше; с действием на отключение трансформатора.
2. Токовая отсечка без выдержки времени - от коротких замыканий на наружных выводах ВН трансформатора со стороны питания и в части обмотки ВН, для трансформаторов, не оборудованных продольной дифференциальной защитой; с действием на отключение.
3. Газовая защита - от всех видов повреждений внутри бака (кожуха) трансформатора, сопровождающихся выделением газа из трансформаторного масла, а также от понижения уровня масла, для масляных трансформаторов мощностью, как правило, 6,3 MB-А и выше; с действием на сигнал и на отключение.
4. Максимальная токовая защита (с пуском или без пуска по напряжению) - от сверхтоков, обусловленных внешними междуфазными короткими замыканиями на сторонах НН или СН трансформатора, для всех трансформаторов, независимо от мощности и наличия других типов релейной защиты; с действием на отключение.
5. Специальная токовая защита нулевой последовательности, устанавливаемая в нулевом проводе трансформаторов со схемой соединения Y/У и Л/У - от однофазных к.з. на землю в сет НН, работающей с глухозаземленной нейтралью (как правило, 0,4 кВ); с действием на отключение.
Максимальная токовая защита в одной фазе - от сверхтоков, обусловленных перегрузкой, для трансформаторов начиная с 400 кВ-А, у которых возможна перегрузка после отключения параллельно работающего трансформатора или после срабатывания местного или сетевого АВР; с действием на сигнал или на автоматическую разгрузку.
Сигнализация однофазных замыканий на землю в обмотке* ВН или на питающем кабеле трансформаторов, работающих в сетях с изолированной нейтралью (с малым током замыкания на землю), к которым относятся сети 3-35 кВ.
Наиболее важные защиты - дифференциальная и газовая - могут применяться и на трансформаторах мощностью менее
MB-А. Так, например, Правила разрешают предусматривать дифференциальную защиту на трансформаторах 1 -
MB-А в тех случаях, когда токовая отсечка не удовлетворяет требованиям чувствительности (§ 5-2), а максимальная токовая защита имеет выдержку времени tc. з ^ 0,6 с. Газовую защиту также стремятся устанавливать на трансформаторах меньшей мощности: от 1 до 4 MB-А, а на внутрицеховых трансформаторах - начиная с 630 кВ-А.
Таким образом, на понижающих трансформаторах релейная защита осуществляется с помощью нескольких типов защит, дополняющих и резервирующих друг друга. Такое резервирование называется ближним . Оно осуществляется не только установкой на трансформаторе (или на другом элементе) двух защит, действующих при одних и тех же видах повреждений, но и путем разделения их цепей, например включения продольной дифференциальной и максимальной токовых защит на разные трансформаторы тока, применения разных источников оперативного тока, установки двух выходных реле . Для повышения эффективности ближнего резервирования следует стремиться к повышению чувствительности защит, к применению более совершенных типов защиты, например дифференциальной защиты вместо токовой отсечки для трансформаторов мощностью менее MB*А.
Перечисленные типы защит рассматриваются в соответствующих главах. Примеры сочетания нескольких типов защит на трансформаторе приведены на рис. 4-1.
Наряду с ближним резервированием защита понижающего трансформатора должна осуществлять дальнее резервирование, т. е. действовать при к.з. в сети НН или СН в случаях отказа собственной защиты или выключателя поврежденного элемента этих сетей. Осуществлять дальнее резервирование способны лишь защиты с относительной селективностью . Из перечисленных защит трансформаторов к ним относятся только максимальная токовая защита от внешних междуфазных к. з. (п. 4) и специальная токовая защита нулевой последовательности от однофазных к.з. на землю в сети 0,4 кВ (п. 5). При разработке схем этих защит и при выборе параметров срабатывания (уставок) следует стремиться к увеличению их чувствительности. Для повышения эффективности дальнего резервирования могут применяться и более сложные типы защит: дистанционные, фильтровые токовые защиты обратной последовательности, как это сейчас делается для мощных трансформаторов и автотрансформаторов.

Рис. 4-1. Типы защит понижающих трансформаторов с высшим напряжением 35-110 кВ (а) и 6-35 кВ (б)
ТД-токовая дифференциальная; ТНВ - максимальная токовая с пуском по напряжению с выдержкой времени; Г -газовая; Г-токовая отсечка; TqB - специальная токовая защита нулевой последовательности от к. з. на землю
Однако до сего времени в целом проблема дальнего резервирования полностью не решена. Современные защиты трансформаторов далеко не во всех случаях обладают достаточной чувствительностью при к. з. на отходящих реактированных кабельных линиях 6 и 10 кВ или при удаленных к.з. на длинных сельских линиях 6 и 10 кВ. В свою очередь повреждения внутри и за понижающими трансформаторами относительно малой мощности очень часто не резервируются защитами питающих линий. Это вынужденно допускается Правилами . Тем большее значение приобретает надежное функционирование собственных защит каждого элемента и их взаимное резервирование.

Вид работы:

• Формат файла:

  Размер файла:

Защита трансформаторов. Токовые защиты трансформаторов. Газовая защита трансформаторов

Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.

Помощь в написании работы, которую точно примут!

Лекция № 9

Защита трансформаторов. Токовые защиты трансформаторов. Газовая защита трансформаторов

9.1 Виды повреждений и ненормальных режимов работы трансформаторов, виды защит от них

Силовые трансформаторы являются основным видом оборудования подстанций, от исправности которых зависит надёжность электроснабжения потребителей и поэтому должны иметь набор защит, исключающих (уменьшающих) развитие аварий при возникновении аварийных ситуаций.

Основными видами повреждений в трансформаторах и автотрансформаторах являются:

короткие замыкания (КЗ) между фазами,

замыкания одной или двух фаз на землю,

витковые замыкания и замыкания между обмотками разных напряжений,

повреждение магнитопровода, приводящие к нагреву.

На вводах трансформаторов, ошиновке и в кабелях также могут возникать КЗ между фазами и на землю.

К нарушениям нормальных режимов работы трансформаторов относятся:

прохождения через трансформатор сверхтоков при повреждении других связанных с ними элементов,

перегрузка,

выделение газов из масла,

понижение уровня масла и повышение его температуры.

В соответствии с этим и в зависимости от мощности трансформатора, условий их работы, категории потребителя и т.д. применяются следующие типы защиты:

дифференциальная - для защиты при повреждениях обмоток, вводов и ошиновки трансформаторов (будут рассмотрены в следующей лекции);

токовая отсечка мгновенного действия или плавкий предохранитель - для защиты трансформатора при повреждениях ошиновки, вводов и части обмоток со стороны источника питания;

газовая - для защиты при повреждениях внутри бака маслонаполненного трансформатора, сопровождающихся выделением газа, а также при понижении уровня масла от сверхтоков, проходящих через трансформатор при повреждении как самого трансформатора, так и других связанных с ним элементов максимальная токовая или максимальная токовая направленная защита, реагирующая на фазные токи, а также на токи нулевой и обратной последовательностей;

максимальная токовая защита с пуском минимального напряжения, дистанционная защита;

защита от перегрузок и др.

Согласно «Правилам устройства системы электроснабжения железных дорог Российской Федерации (п.7.11,7.12.)» для силового понижающего трансформатора тяговой подстанции предусматриваются следующие виды защит:

дифференциальная токовая;

максимальная токовая защита (МТЗ) со стороны питающего напряжения;

от перегрузки;

от перегрева масла.

Защита трансформаторов плавкими предохранителями

В сетях напряжением 6-10кВ и даже 35кВ в качестве основной защиты трансформаторов мощностью до 1000кВА широко используется плавкие предохранители. Обычно они устанавливаются вместе с выключателем нагрузки. Резервирует действия плавкого предохранителя газовая защита.

Для предотвращения срабатывания предохранителя в нормальном режиме и при бросках тока намагничивания трансформатора плавкую вставку предохранителя выбирают с номинальным током

IВС.НОМ≈(1,5…2)IТР.НОМ

где IТР.НОМ - номинальный ток трансформатора.

Токовая отсечка

Если плавкий предохранитель по своей отключающей способности и другим причинам не проходит в качестве защиты от КЗ и больших перегрузок, то на одиночно работающих трансформаторах мощностью до 6300 кВА и параллельно работающих трансформаторах мощностью менее 4000 кВА для этих целей используется токовая отсечка. Однако она не является полноценной, так как, реагируя только на большие токи повреждения, охватывает своей зоной действия лишь часть трансформатора. Резервирует отсечку максимальная токовая и газовая защиты. Отсечка устанавливается с питающей стороны трансформатора и выполняется с использованием реле прямого действия РТМ, реле РТ-40 или электромагнитного элемента реле РТ-80.

Уставка отсечки

СЗ =КОТС*IК.МАКС(3)

где КОТС - коэффициент отстройки,

КОТС=1,3…1,4 (РТ-40); КОТС=1,5…1,6 (РТ-80);

КОТС=1,8…2 (РТМ);К.МАКС(3) - максимальный ток КЗ при повреждении на выводах трансформатора со стороны нагрузки. Кроме того, отсечка отстраивается от броска тока намагничивания IНАМ при включении трансформатора:СЗ>IНАМ; согласно опыту эксплуатации принимается

СЗ =(3…5)ÌIТР.НОМ

Чувствительность отсечки оценивается отношением:

где IК.МИН(2) - ток двухфазного КЗ у места установки защиты в режиме минимального питания. Отсечка в сочетании с максимальной токовой и газовой защитами обеспечивает хорошую защиту трансформаторов указанных выше мощностей.

Защита трансформаторов от сверхтоков является резервной, предназначенной для отключения их от источников питания как при повреждениях трансформаторов и отказе основных защит, так и при повреждениях смежного оборудования и отказе его защиты или выключателей. При отсутствии специальной защиты шин защита трансформаторов от сверхтоков осуществляет также защиту этих шин.

Резервные защиты от междуфазных повреждений имеют несколько вариантов исполнения:

) МТЗ без пуска по напряжению;

) МТЗ с комбинированным пуском по напряжению;

) МТЗ обратной последовательности с приставкой для действия при симметричных КЗ.

Резервные защиты от замыкания на землю выполняются в виде токовой защиты нулевой последовательности.

В данной лекции рассмотрим все виды защит, кроме дифференциальной.

К выполнению перечисленных видов защит предъявляются следующие требования:

газовая: двухступенчатая (первая действует на сигнал, а вторая на отключение);

МТЗ на стороне ВН: должна отключать силовой трансформатор со стороны ВН. СН, НН с необходимой чувствительностью;

защита от перегрузки: должна отстраиваться от номинального тока нагрузки (с учётом коэффициента надёжности, коэффициента возврата реле) с выдержкой времени 9с.;

защита от перегрева масла: должна работать на включение обдува вентилятора при превышении 70% номинального тока нагрузки (с учётом коэффициента надёжности и коэффициента возврата реле) с выдержкой времени 9с.

С учётом этих требований строятся различные виды защит:

защита от повреждений: осуществляется такими видами защит, как токовая отсечка, дифференциальная и газовая защита;

защита от внешних КЗ осуществляется при помощи МТЗ (в т.ч. с блокировкой по минимальному напряжению), ДЗ, токовых защит нулевой и обратной последовательностей;

защита от перегрузок, не являющихся такими опасными, как, например, токи КЗ, действует или сигнал (при наличии дежурного персонала) или (при отсутствии дежурного персонала) защита должна действовать на включение вентилятора обдува, разгрузку или отключение при помощи релейной защиты.

2 Примеры токовых защит трансформаторов

2.1Токовая отсечка (ТО)

Принцип действия ТО был рассмотрен выше.

Здесь рассматривается ТО в токовых защитах трансформаторов.

Напомним, что токовая отсечка - это максимальная токовая защита (МТЗ) с ограниченной зоной действия (как правило, без выдержки времени), но может иметь в некоторых случаях выдержку времени.

В отличие от МТЗ, селективность ТО обеспечивается не выдержкой времени, а выбором зоны её действия величиной тока срабатывания и основан на том, что величина тока КЗ убывает при удалении места КЗ от источника питания.

Токовая отсечка наиболее простая и быстродействующая защита от повреждений в трансформаторе. Принцип действия ТО основан на большом различии в токах КЗ на первичной и вторичной сторонах трансформатора. Реагируя только на большие токи КЗ, ТО имеет ограниченную зону действия (ошиновка, вводы, первичная обмотка трансформатора). ТО устанавливается со стороны питания, но при КЗ воздействует на выключатели со стороны высшего и низшего напряжения. ТО применяют для двухобмоточных трансформаторов, не оборудованных дифференциальной защитой. Как правило, ТО применяется совместно с МТЗ. В таких схемах ТО срабатывает без выдержки времени (собственное время срабатывания) при больших токах КЗ, а МТЗ - при меньшем токе. Поэтому ТО защищает от повреждений внутри трансформатора (витковые замыкания, на землю), а МТЗ - от повреждений во вторичной обмотке или на шинах низкого напряжения.

Достоинством отсечки является её простота и быстродействие и в сочетании с МТЗ и газовой защитой.

2.2 Максимальная токовая защита (МТЗ)

МТЗ применяется для защиты силовых трансформаторов от внешних и внутренних КЗ и защищает первичную и вторичную обмотки. Она является относительно медленнодействующей, так как имеет всегда выдержку времени. Применяется в качестве основной для маломощных трансформаторов. Если трансформатор снабжён отдельной быстродействующей защитой от внутренних повреждений, то МТЗ используется для защиты от внешних КЗ и в качестве резервной на случай выхода из строя основных защит.

а) МТЗ двухобмоточного понижающего трансформатора с соединением ТТ в «треугольник» с двумя реле (Ксх.=√3).

Эта защита может использоваться и для защиты от повреждений в маломощных трансформаторах. Для мощных трансформаторов при наличии специальной защиты от внутренних поврежднений, защита от внешних КЗ служит резервом к этой защите.

Наиболее простой защитой от внешних КЗ является МТЗ или более чувствительные, например, МТЗ с блокировкой по напряжению (пуском по напряжению), МТЗ направленные, ДЗ и др.

На рис.9.1. представлена схема МТЗ двухобмоточного понижающего трансформатора с соединением ТТ в «треугольник» с двумя реле. Данная схема МТЗ является наиболее простой защитой от внешних КЗ. Чтобы включить в зону действия защиты сам трансформатор, МТЗ устанавливается со стороны источника питания и должна действовать на отключение выключателя, а сами реле защиты включаются на трансформаторы тока, установленные на выключателе Q2. При возникновении КЗ реле КА1, КА2 сработав, (с выдержкой времени при помощи реле КТ1, КТ2) одновременно действуют на отключение выключателей Q1и Q2. При этом действие выключателя Q2 резервирует действие Q1 (рис.9.1а).

Иногда МТЗ выполняются с двумя выдержками времени: первая (t1) на отключение Q1, а вторая (t2=t1+∆t) на отключение Q2 (рис.9.1,в). Отключение Q2 в этом случае произойдёт при повреждениях в самом трансформаторе.

В данной схеме трансформаторы тока (ТТ) соединены в треугольник с двумя реле. Могут применятся и другие схемы соединений:

в полную звезду с тремя реле;

неполную звезду с тремя или двумя реле;

треугольник с тремя реле.

Выбор схемы соединений ТТ зависит от вида КЗ и схем соединений обмоток трансформаторов.

В таблице 9.1. приведены различные варианты схем МТЗ и формулы для определения наибольшего из вторичных токов Iр.min.(2) при двухфазном КЗ за силовым трансформатором в минимальном режиме работы системы через ток трёхфазного КЗ Iк.min., приведённый к той стороне трансформатора, где установлена защита.

Рис. 9.1 Схема МТЗ двухобмоточного понижающего трансформатора: а) схема токовых сетей; б) схема оперативных цепей; в) структурная схема

КА1, КА2- токовые реле; Q1, Q2- выключатели; КТ1, КТ2-реле времени; КL1, KL2-выходные промежуточные реле; КН1,КН2- указательные реле.

б) МТЗ двух обмоточного понижающего трансформатора с комбинированным пуском (блокировкой) по напряжению и фильтром напряжений обратной последовательности с соединением ТТ в неполную звезду с двумя реле(Ксх.=1) .

МТЗ (рис. 9.1) не всегда удовлетворяет условиям чувствительности, поэтому данную защиту применяют для повышения чувствительности к токам КЗ. В этом виде защит применяют т.н. пусковые органы по напряжению на сторонах низшего напряжения (реле КV1, KV, ZV2 на рис.9.2.). Необходимым условием срабатывания МТЗ является одновременное замыкание контактов токового реле и пускового органа по напряжению.

Таблица 9.1

Схема МТЗКсх.Ток в реле при в месте установки МТЗ или за трансформатором Y∕ Y-12,а.Ток в реле за трансформатором Y ∕ ∆-11,а.Полная звезда с тремя реле1Неполная звезда с двумя реле1Неполная звезда с тремя реле1Треугольник с тремя реле√3Треугольник с двумя реле√3

Рис.9.2 Схема МТЗ двухобмоточного понижающего трансформатора с комбинированным пуском по напряжению и фильтром напряжений обратной последовательности: а)- схема токовых цепей; б)- схема оперативных цепей

трансформатор предохранитель отсечка токовый

КА1, КА2- токовые реле; KV1KV2- реле напряжения;

ZV2- фильтр напряжений обратной последовательности;

В данной схеме используется фильтр напряжений обратной последовательности ZV2.

В случае двухфазного КЗ схема работает следующим образом. При аварийном режиме на выходе ZV2 появляется напряжение обратной последовательности, реле KV2 срабатывает, размыкая свой контакт. Это приводит к обесточиванию реле KV1 и его контакт KV1 в цепи реле KL замыкается и оно срабатывает (замыкается контакт KL1 в цепи реле времени КТ). Если при этом сработали и реле тока КА1 или КА2, то реле КТ сработает и подаст сигнал на отключение выключателей Q1 и Q2.

В случае трёхфазного КЗ напряжение обратной последовательности отсутствует и реле KV2 не срабатывает. Но при таком виде КЗ снижается напряжение на шинах и срабатывает реле минимального напряжения KV1(замыкается его контакт KV1) и (если замкнулись контакты КА1.1 и КА2.2 реле КА1и реле КА2) сработают реле KL и КТ, подавая сигнал на отключение выключателей Q1 и Q2.

в) МТЗ трёхобмоточного понижающего трансформатора.

При внешних КЗ МТЗ трёхобмоточных трансформаторов должна обеспечивать селективное отключение той обмотки, которая непосредственно питает место повреждения. На трёхобмоточных трансформаторах с односторонним питанием устанавливаются три комплекта МТЗ, действующие на соответствующие выключатели (рис.9.3)

Рис. 9.3 Упрощенная схема МТЗ понижающего трёхобмоточного трансформатора

Комплект МТЗ 1(КА1) на обмотке I предназначен для отключения трансформатора при КЗ в нём и резервирования МТЗ 2 (КА2) и МТЗ 3 (КА3) для этого выдержка времени t1 должна быть больше t2 (t1> t2).

На трёхобмоточных трансформаторах, имеющих многостороннее питание, и для особо ответственных трансформаторов может применяться направленная МТЗ с реле направления мощности.

2.3 Газовая защита трансформаторов

Газовая защита (ГЗ) реагирует на выделение из трансформаторного масла газа в результате разложения масла и изолирующих материалов при возникновении в трансформаторе электрической дуги. Будучи легче масла, газы поднимаются и создают сильное давление благодаря которому масло в кожухе трансформатора перемещается и через поплавок и систему контактов подаёт сигнал на отключение. Газовая защита реагирует также и на понижение уровня масла в трансформаторе.

Газовая защита получила широкое распространение в качестве чувствительной защиты от внутренних повреждений трансформаторов.

ГЗ осуществляется с помощью специальных газовых реле. Газовое реле представляет собой металлический кожух, врезанный в маслопровод между баком трансформатора и расширителем. Реле заполнено маслом. Кожух имеет смотровое стекло со шкалой, с помощью которой определяется объем скопившегося в реле газа. На крышке газового реле имеется краник для выпуска воздуха и взятия пробы газа для его анализа, а также расположены контакты для подключения кабеля.

Конструкции газовых реле различаются принципом исполнения реагирующих элементов в виде:

-поплавка;

-лопасти;

а) Поплавковые реле.

У поплавковых реле внутри кожуха укреплены на шарнирах два поплавка, представляющие собой полые металлические цилиндры. На поплавках укреплены ртутные контакты, соединенные гибкими проводами с выводными зажимами на крышке реле. Ртутный контакт представляет собой стеклянную колбочку с впаянными в ее вертикальную часть двумя контактами. Колбочки содержат небольшое количество ртути, которая в определенном положении колбочки замыкает между собой контакты, чем создается цепь через реле. При скорости движении потоков газа и масла порядка 0,5м/с нижний поплавок, находящийся на пути потока опрокидывается и происходит замыкание его ртутных контактов в цепи отключения. Благодаря тому, что при КЗ в трансформаторе сразу возникает бурное газообразование, ГЗ производит отключение с небольшим временем 0,1-0,3сек. Отключающий элемент работает также при большом понижении уровня масла в корпусе реле.

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.

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;
• 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.

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.

Ежегодно в сетях напряжением 6-35 кВ повреждаются примерно 6-8% трансформаторов напряжения (ТН). Причиной повреждения является длительное протекание по первичной обмотке ТН токов, величина которых значительно превышает максимально допустимую по условию тепловой устойчивости изоляции обмотки. Эти токи возникают при феррорезонансных процессах (ФРП) в контуре, образующемся при определённых режимах сети, когда после угасания дуги через индуктивность обмоток ТН «стекает» ёмкостный заряд.

Насыщение магнитопровода может возникнуть, если энергия, запасённая в емкостях сети, к моменту угасания дуги окажется больше порогового значения электромагнитной энергии, запасённой в индуктивностях ТН.

В [Л1] приведены три причины возникновения ФРП:

1. Величина ёмкости сети Сэкв должна находиться в интервале, определённом пределами изменения индуктивности ТН, т.е.

• Lхх и Lн - индуктивности холостого хода и насыщения, соответственно;
• w - угловая частота напряжения сети.

Приведенные в [Л2] расчёты показали, что для ТН типа ЗНОМ-35 при емкостном токе сети равном 4 А и более на один ТН феррорезонанс не возникает . Однако, в сетях с воздушными линиями, особенно на напряжении 6-10 кВ, емкостный ток может быть меньше.

2. Феррорезонанс возникнет в контуре с резонансными параметрами после скачкообразного понижения напряжения от Uл до Uф при отключении однофазного замыкания (ОЗЗ) на землю. Феррорезонанс в сети с ТН не возникает при номинальной индукции, равной 0,9 Тл. В настоящее время величина индукции выпускаемых ТН составляет 1,5 Тл.

3. Величина энергии, поступающей в феррорезонансный контур при каждом изменении индуктивности ТН, должна быть больше величины потерь в нём. Данный показатель позволяет оценить эффективность включения резистора сопротивлением rвт=25 Ом в схему разомкнутого треугольника ТН, как указано в ПУЭ. Величина сопротивления резистора определена длительно допустимой мощностью ТН, равной 400 ВА при напряжении 100 В.

В соответствии с [Л2] эквивалентная ёмкость сети определяется из выражения:

Где: R1 - сопротивление rвт, приведенное к первичной стороне и определяемое из выражения:

Где:
В соответствии с ПУЭ rвт= 25 (Ом).

Ёмкости Сэкв соответствует емкостный ток сети, определяемый из выражения:

Для сети напряжением 35 кВ Ic= 0,013 А, что значительно меньше фактических значений Ic. Для сети напряжением 10 кВ Ic= 0,044 А, что также значительно меньше фактических значений Ic.

Таким образом, включение резистора сопротивлением 25 Ом в схему разомкнутого треугольника ТН не имеет практического эффекта, а уменьшение его сопротивления приведёт к недопустимому для ТН увеличению мощности.

Из практики известно, что наступление феррорезонанса происходит, когда емкостной ток на ТН находится в интервале 0,3-4 А, что характерно для воздушных линий напряжением 6 -35 кВ. Поэтому целесообразно включение между фазным проводником и землёй конденсаторной установки необходимой мощности.

Для исключения феррорезонанса в сети 35 кВ необходимо в нейтраль силового трансформатора включить высоковольтный резистор.

В сети 6 - 10 кВ необходимо в обмотку разомкнутого треугольника трансформатора заземления нейтрали включить низковольтный резистор.

Подобное резистивное заземление нейтрали ограничивает также напряжение смещения нейтрали в компенсированных сетях.

В [Л1] доказана эквивалентность схем подключения высоковольтного и низковольтного резистора с точки зрения уровня перенапряжений при ОЗЗ. Результаты моделирования дугового ОЗЗ полностью совпали. Кратность уровня напряжения в обеих схемах не превышала 2-2,5 величины фазного напряжения.

Кроме подавления феррорезонансных процессов, резистор разряжает сеть в случае, когда дуга замыкается один раз за период и, фактически, является выпрямителем, приводящим к перевозбуждению индуктивности сети постоянным током.

Сопротивление резистора выбирается по условию ограничения напряжения при ОЗЗ и обеспечения чувствительности защиты от ОЗЗ.

На распределительных устройствах, подключаемых к питающей подстанции, необходимо применение ТН без заземления нейтрали.

Одной из причин высокой повреждаемости ТН является полное отсутствие их защиты. Применение предохранителей ПКН001 и ПКТ неоправданно, так как их токи срабатывания значительно превышают предельно допустимые токи первичных обмоток ТН, составляющие для ТН 6 кВ - 0,115 А, для ТН 10 кВ - 0,109 А и для ТН 35 кВ - 0,049 А.

При феррорезонансе токи достигают нескольких десятков ампер. Поэтому по рекомендации завода-изготовителя необходимо применение ТН со встроенным предохранительным устройством с током срабатывания не более 0,7 А за время срабатывания не более 20-30 с, например, антирезонансных ТН типа ЗхЗНОЛП напряжением 6 -10 кВ.

1. Для исключения перенапряжений необходимо предусмотреть:

• - в сетях 35 кВ - подключение к нейтрали 35 кВ силового трансформатора высоковольтного резистора;
• - в сетях 10 кВ - подключение в разомкнутый треугольник трансформаторов заземления нейтрали низковольтного резистора.

2. Для исключения феррорезонанса целесообразно между фазным проводником и землёй подключить конденсаторную установку необходимой мощности на ток не менее 4 А.

3. Для защиты от повреждений необходимо применение антирезонансных ТН со встроенными в ТН предохранительными устройствами, например, типа ЗхЗНОЛП напряжением 6-10 (кВ).

4. На распределительных устройствах, где не требуется контроль изоляции, целесообразно применение ТН без заземления нейтрали.

• 1. Сивокобыленко В. Ф., Лебедев В. К., Сердюков Р. П. Переходные процессы в электрических сетях с резистивным заземлением нейтрали. Тезисы. Технические науки - Электротехника. – Донецкий национальный технический университет.
• 2. Халимов Ф. X., Евдокунин Г. А., Таджибаев А. Н. Защита сетей 6 - 10 кВ от перенапряжения. - Санкт-Петербург, 2001

Очень часто приходится сталкиваться с тем, что люди не совсем понимают, что такое основная и резервная защита присоединения. Что интересно, это не только новички, но и некоторые уже состоявшиеся специалисты.

Вот несколько мифов с которыми встречался лично я:

• Основная защита – это защита с абсолютной селективностью, обычно дифференциальная
• Основная защита есть только на напряжении 35 кВ и выше, т.е. на присоединениях 0,4-10 кВ есть только резервные защиты
• Есть присоединения, для которых нет резервных защит, только основные
• Основная защита только одна, а резервных может быть несколько

Все, что написано выше – неправда. Давайте сегодня поговорим о основных и резервных защитах для того, чтобы понимать некоторые определения и общаться с коллегами релейщиками корректно.

Основная защита присоединения

Согласно определению ПУЭ (п. 3.2.14) – “На каждом из элементов электроустановки должна быть предусмотрена основная защита, предназначенная для ее действия при повреждениях в пределах всего защищаемого элемента с временем, меньшим, чем у других установленных на этом элементе защит.”

Таким образом на любом присоединении всегда есть основная защита (см. Миф 2). Это любая защита, которая защищает весь участок и действует быстрее, чем другие защиты. Все просто и понятно. Теперь примеры.

Для линии 0,4, 6 или 10 кВ основная защита – это максимальная токовая защита (МТЗ). Защищает всю линию и работает быстрее остальных защит. Токовая отсечка срабатывает быстрее, чем МТЗ, но она защищает только часть линии, т.е. не может являться основной защитой. То же самое с защитой от перегрузки – хоть и реагирует на повреждения на всем участке, но срабатывает намного медленнее, чем МТЗ.

МТЗ вообще является основной защитой для большей части присоединений 0,4-6 кВ, за исключением генераторов и мощных двигателей, там основная защита – дифференциальная. Как это получается? МТЗ остается на присоединении, она реагирует на все виды КЗ, но появляется еще одна защита – дифференциальная. Дифференциальная защита двигателя или генератора также реагирует на КЗ на всем участке, но срабатывает быстрее, чем МТЗ. Звание основной защиты переходит ей, а МТЗ становится резервной.

Еще один пример с защитой силовых трансформаторов. Трансформаторы мощностью до 6,3 МВА имеют в качестве основной защиты МТЗ, а вот начиная с 6,3 МВА и выше добавляется дифференциальная. Она и становится основной вместо МТЗ, а МТЗ переходит в разряд резервных.

Таким образом не важно на каком принципе работает защита (см. Миф 1), главное, чтобы выполнялись условия п.3.2.14.

Может ли быть несколько основных защит на одном присоединении? (см. Миф 4) Да, может.

Например, для масляных силовых трансформаторов 6,3 МВА и больше обычно 2 основных зашиты – дифференциальная и газовая. Обе подходят под определение по п.3.2.14 потому, что работают без выдержки времени и на всем защищаемом участке. Иногда на присоединении ставят по 3 основных защиты, например, для АТ 220 кВ и выше большой мощности (две дифференциальные и газовая)

Резервная защита присоединения

Опять же давайте сначала посмотрим определение (ПЭУ п.3.2.15) – “Для действия при отказах защит или выключателей смежных элементов следует предусматривать резервную защиту, предназначенную для обеспечения дальнего резервного действия.

Если основная защита элемента обладает абсолютной селективностью (например, высокочастотная защита, продольная и поперечная дифференциальные защиты), то на данном элементе должна быть установлена резервная защита, выполняющая функции не только дальнего, но и ближнего резервирования, т. е. действующая при отказе основной защиты данного элемента или выведении ее из работы…”

Таким образом резервная защита присутствует также всегда и для любого присоединения (см. Миф 3).

Просто запомните одну простую вещь – на любом участке энергосистемы, на любом классе напряжения, есть как минимум 2 защиты – основная и резервная. Всегда!

Чаще всего резервной защитой присоединения является основная защита вышестоящего присоединения. Получается последовательная цепочка защит в которой все ступени “наползают” друг на друга.

Однако, если основная защита присоединения выполняется в виде дифференциальной или дифференциально-фазной защиты, то нужна еще одна защита, чтобы выполнить резервирование нижестоящего участка. Эта защита должна быть ступенчатой потому, что только ступенчатые могут выполнять дальнее резервирование. Об этом мы говорили в нашей прошлой .

Итак, давайте подведем итоги:

• На любом присоединении есть как минимум одна основная защита
• На любом присоединении есть как минимум одна резервная защита
• Основной может быть защита, выполненная на любом принципе (МТЗ, ДЗ ДЗТ, ДФЗ и т.д.)
• Резервной может быть только ступенчатая защита (МТЗ или ДЗ)
• На присоединении может быть несколько основных и резервных защит

Думаю, теперь у вас не будет затруднений с определением какой именно, основной или резервной, является та или иная защита. Четкость и понятность определений в релейной защите очень важна и мы будем периодически уделять внимание основным терминам.

Если будут вопросы или найдете какие-либо неточности — пишите в комментариях. Все обсудим. Ну а пока — удачной рабочей недели!