ПРЕДИСЛОВИЕ
- Категория: М.А. Шабад "Релейная защита трансформаторов"
Электрические силовые трансформаторы являются наиболее ответственными элементами в схеме любой электрической подстанции. Общее число электрических трансформаторов, установленных на подстанциях энергетических систем, промышленных и агропромышленных предприятий, в городских и сельских электросетях, исчисляется сотнями тысяч. Это объясняется тем, что электроэнергия на пути от генераторов электростанций к электроприёмникам – потребителям электроэнергии, как правило, неоднократно трансформируется: вначале напряжение электрического тока генераторов электростанций повышается для передачи электроэнергии по линиям высокого и сверхвысокого напряжения, а затем понижается до номинальных напряжений распределительных сетей в районах потребления электроэнергии, причём понижение напряжения до номинального напряжения большинства электроприёмников 380 и 220 В происходит не в одном трансформаторе, а последовательно в нескольких трансформаторах, установленных, как правило, на разных подстанциях.
1. ПАРАМЕТРЫ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ВЫБОРА ЕГО ЗАЩИТЫ
- Категория: М.А. Шабад "Релейная защита трансформаторов"
В соответствии с «Правилами устройства электроустановок» все силовые трансформаторы должны иметь защиту от коротких замыканий и ненормальных режимов [1]. Для выбора видов защиты и расчета их характеристик срабатывания необходимо прежде всего точно знать тип и параметры защищаемого трансформатора.
Самые важные параметры трансформатора отражены в его условном обозначении, которое имеется и в паспорте, и на паспортной табличке, прикрепленной к трансформатору на видном месте. В соответствии с ГОСТ 11677—85 «Трансформаторы силовые» принята единая структурная схема условного обозначения трансформаторов. Буквы в начале обозначают однофазный (О) или трехфазный (Т) трансформатор, указывают вид изолирующей и охлаждающей среды (например, буква М соответствует масляному трансформатору с естественной циркуляцией воздуха и масла, буква С — сухому трансформатору), а также исполнение трансформатора и вид переключения ответвлений: буква 3 — защитное исполнение, Г — герметичное, Н — возможность регулирования напряжения под нагрузкой.
Подробнее: 1. ПАРАМЕТРЫ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА, НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ ВЫБОРА ЕГО ЗАЩИТЫ
2. ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ И НЕНОРМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ
- Категория: М.А. Шабад "Релейная защита трансформаторов"
Трехфазные и двухфазные КЗ на стороне ВН. Короткие замыкания, называемые междуфазными, могут происходить между наружными выводами обмоток ВН или НН, расположенными на крышке бака (корпуса) трансформатора или между обмотками внутри бака, причем последние случаются сравнительно редко, особенно трехфазные КЗ внутри бака. Наиболее опасными для самого трансформатора и для электроприемников прилегающей электрической сети являются трехфазные КЗ па выводах обмотки ВН, поскольку они сопровождаются большими токами КЗ и могут вызывать глубокие понижения напряжения на зажимах других электроприемников. При этом у асинхронных электродвигателей (двигатели М на рис. 1,а) снижается частота вращения и, если КЗ не будет быстро отключено, двигатели остановятся, что вызовет нарушение работы предприятия.
Значение тока при трехфазном КЗ на выводах трансформатора 10 кВ (трансформатор Т2 на рис. 1), если он установлен вблизи питающей подстанции 110/10 кВ, равно значению тока КЗ на шинах 10 кВ этой подстанции. Если трансформатор 10 кВ питается по воздушной или кабельной линии 10 кВ, при расчете тока трехфазного КЗ необходимо учесть сопротивление этой линии. При значительной мощности электродвигателей (двигатели М на рис. 1,а) следует учитывать возможность существенного увеличения тока в месте КЗ за счет кратковременной подпитки от электродвигателей.
Подробнее: 2. ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ И НЕНОРМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТРАНСФОРМАТОРОВ
3. РАСЧЕТЫ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ЗА ТРАНСФОРМАТОРАМИ
- Категория: М.А. Шабад "Релейная защита трансформаторов"
Особенности расчетов токов КЗ. Для выбора типов и параметров срабатывания устройств защиты трансформаторов необходимо определить максимальное и минимальное значение токов при КЗ на выводах НН понижающего трансформатора, или, как чаще говорят, при КЗ за трансформатором.
Максимальное значение тока соответствует трехфазному металлическому КЗ за трансформатором. Ток трехфазного КЗ рассчитывается при максимальном режиме работы питающей энергосистемы (электросети), при котором включено максимально возможное число генераторов, питающих линий и трансформаторов. Эквивалентное электрическое сопротивление энергосистемы (электросети) до места подключения рассматриваемого трансформатора при этом режиме имеет минимальное значение, но обозначается Zmax или Xmax, что подразумевает максимальный режим работы энергосистемы. При таком режиме ток трехфазного КЗ на выводах ВН трансформатора и мощность КЗ имеют максимальные значения. При значительном числе электродвигателей в прилегающей сети ВН учитывается подпитка места КЗ электродвигателями в течение времени действия защит трансформатора, не имеющих специального замедления, т. е. в течение до 0,1 с. Максимальное значение тока КЗ за трансформатором учитывается для выбора тока срабатывания токовых отсечек, устанавливаемых на стороне ВН трансформатора (§ 7), а также для выбора аппаратуры и кабелей питаемых элементов стороны НН [6, 7].
Подробнее: 3. РАСЧЕТЫ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ЗА ТРАНСФОРМАТОРАМИ
4. ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ ПЛАВКИМИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЯМИ
- Категория: М.А. Шабад "Релейная защита трансформаторов"
Трансформаторы 10/0,4 кВ в сельских и городских распределительных электрических сетях мощностью до 0,63 MB-А включительно, как правило, защищаются плавкими предохранителями на стороне 10 кВ и весьма часто также плавкими предохранителями на стороне 0,4 кВ. Возможно и такое сочетание, как предохранители на стороне 10 кВ и автоматические выключатели на стороне 0,4 кВ (§ 5). На стороне ВН трансформаторов закрытых подстанций (ЗТП) плавкие предохранители применяются в сочетании с выключателями нагрузки (ВНП) — разъединителями с автоматическим приводом, которые отключаются при срабатывании плавкого предохранителя хотя бы на одной из фаз.
Плавким предохранителем называется коммутационный аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи посредством расплавления специальных токоведущих частей (плавких вставок) под воздействием тока, превышающего определенное значение, с последующим гашением возникающей электрической дуги.
Подробнее: 4. ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ ПЛАВКИМИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЯМИ
5. ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ НА СТОРОНЕ 0,4 кВ АВТОМАТИЧЕСКИМИ ВОЗДУШНЫМИ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯМИ
- Категория: М.А. Шабад "Релейная защита трансформаторов"
Назначение и основные элементы автоматических воздушных выключателей (автоматов). Автоматические воздушные выключатели предназначены для автоматического отключения электрических цепей до 1000 В при токах КЗ и перегрузках, а также для отключения и включения токов нагрузки оперативным персоналом. Кроме того, эти аппараты широко используются для выполнения устройства автоматического включения резерва — АВР на двухтрансформаторных подстанциях и на распределительных щитах с двумя вводами, где схема АВР дает команду на отключение рабочего и включение секционного или другого резервного автоматического выключателя, нормально находящегося в отключенном положении.
В каждом автоматическом выключателе предусматривается один или несколько так называемых расцепи теле и — устройств, воздействующих на его отключение или включение. По принципу действия, способу выявления аварийной ситуации и назначению различают расцепители электромагнитные, тепловые, полупроводниковые, минимального напряжения, независимые и др.
Подробнее: 5. ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ НА СТОРОНЕ 0,4 кВ АВТОМАТИЧЕСКИМИ ВОЗДУШНЫМИ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯМИ
6. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ТРАНСФОРМАТОРОВ
- Категория: М.А. Шабад "Релейная защита трансформаторов"
Типы устройств релейной защиты трансформаторов. Для защиты понижающих трансформаторов мощностью 1 MB-А и более от повреждений и ненормальных режимов (§ 2) предусматриваются следующие основные типы релейной защиты [1, 3, 10].
Продольная дифференциальная защита — от КЗ всех видов в обмотках и на их выводах; применяется на трансформаторах начиная с мощности 6,3 MB-А, но может устанавливаться и на трансформаторах меньшей мощности (но не менее 1 MB-А).
Токовая отсечка без выдержки времени — от КЗ всех видов на выводах трансформатора со стороны питания; применяется на трансформаторах, не оборудованных продольной дифференциальной защитой.
Газовая защита — от всех видов повреждений внутри бака (кожуха) трансформатора, сопровождающихся выделением газа из трансформаторного масла, а также от понижения уровня масла в баке; в соответствии с ГОСТ 11677—85 газовое реле устанавливается на всех масляных трансформаторах с расширителем начиная с мощности 1 MB-А, в связи с чем для таких трансформаторов должны быть выполнены и электрические цепи газовой защиты. Для сухих трансформаторов выполняется манометрическая защита (§ 2).
7. ТОКОВАЯ ОТСЕЧКА НА ТРАНСФОРМАТОРАХ
- Категория: М.А. Шабад "Релейная защита трансформаторов"
Принцип действия и область применения отсечки. Токовой отсечкой называется быстродействующая максимальная токовая защита с ограниченной зоной действия. В зону действия отсечки на понижающих трансформаторах входит часть обмотки и выводы со стороны ВН, где включены реле отсечки ТО (рис. 17). При КЗ за трансформатором (точка К1) отсечка не действует благодаря отстройке ее тока срабатывания от максимального значения тока при КЗ в этой точке. Поэтому отсечка не чувствует КЗ также на отходящих линиях НН (точка K2) и может выполняться без выдержки времени.
Быстродействие является главным достоинством отсечки, так как быстрое отключение уменьшает размеры повреждения трансформатора, обеспечивает продолжение нормальной работы электродвигателей и другой нагрузки, подключенных к тому же питающему источнику (Т2, m1, M2), и, кроме того, позволяет иметь небольшую выдержку времени на последующей максимальной токовой защите питающего трансформатора 110/10 кВ или питающей линии 10 кВ (МТЗ на рис. 17).
8. МАКСИМАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА
- Категория: М.А. Шабад "Релейная защита трансформаторов"
Принцип действия и область применения. Максимальная токовая защита срабатывает при увеличении тока защищаемого элемента сверх установленного тока срабатывания (уставки). Причиной увеличения тока трансформатора может быть и повреждение самого трансформатора, и КЗ на шинах или на отходящих элементах НН, а также самозапуск питаемых электродвигателей после кратковременного перерыва питания или подключения к работающему трансформатору дополнительной нагрузки при срабатывании устройства АВР. Для предотвращения излишних срабатываний при токах перегрузки, вызванных самозапуском электродвигателей или подключением дополнительной нагрузки, максимальная токовая защита должна иметь ток срабатывания (уставку), больший, чем максимально возможный ток перегрузки. А для предотвращения излишних (неселективных) срабатываний при КЗ на отходящих элементах НН максимальная токовая защита трансформатора должна иметь орган выдержки времени, замедляющий ее действие на время, необходимое для срабатывания защиты поврежденного отходящего элемента. Функциональная схема максимальной токовой защиты приведена на рис. 19.
9. СПЕЦИАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА НУЛЕВОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ОТ ОДНОФАЗНЫХ КЗ НА ЗЕМЛЮ В СЕТИ НН 0,4 кВ
- Категория: М.А. Шабад "Релейная защита трансформаторов"
Принцип действия и область применения. Специальная токовая защита нулевой последовательности от однофазных КЗ на землю устанавливается на понижающих трансформаторах с соединением обмотки НН в звезду с выведенной нейтралью, которая глухо заземлена (в отличие от нейтралей, которые могут заземляться через индуктивное или активное сопротивление). Измерительным органом защиты нулевой последовательности является одно максимальное реле тока Т0, включенное через трансформатор тока и в заземленную нейтраль (рис. 34, а). В нормальном режиме работы трансформатора со строго симметричной нагрузкой всех трех фаз и при отсутствии в сети НН токов высших гармоник ток в нейтрали трансформатора теоретически равен нулю. Практически ток в нейтрали, называемый током небаланса, не равен нулю и иногда может достигать больших значений, что ведет к перегреву трансформатора и уменьшает срок его службы. Поэтому ГОСТ 11677—85 (а также предыдущие его издания) ограничивает допустимое значение тока небаланса в нулевом проводе: не более 0,25 номинального (фазного) для трансформаторов со схемой соединения обмоток Y/Y и не более 0,75 — для трансформаторов ∆/У-. От этого допустимого тока небаланса защита нулевой последовательности, как правило, должна быть отстроена.
10. ГАЗОВАЯ ЗАЩИТА
- Категория: М.А. Шабад "Релейная защита трансформаторов"
Принцип действия и область применения. Газовая защита предназначена для защиты силовых трансформаторов с масляным заполнением, снабженных расширителями, от всех видов внутренних повреждений, сопровождающихся выделением газа, ускоренным перетеканием масла из бака в расширитель, а также от утечки масла из бака трансформатора.
Измерительным органом газовой защиты является газовое реле. Газовое реле представляет собой металлический сосуд с двумя поплавками (элементами), который врезается в наклонный трубопровод, связывающий бак трансформатора с расширителем. При нормальной работе трансформатора газовое реле заполнено трансформаторным маслом, поплавки находятся в поднятом положении и связанные с ними электрические контакты разомкнуты. При незначительном повреждении в трансформаторе (например, витковое замыкание) под воздействием местного нагрева из масла выделяются газы, которые поднимаются вверх, к крышке бака, а затем скапливаются в верхней части газового реле, вытесняя из него масло. При этом верхний из двух поплавков (элементов) опускается вместе с уровнем масла, что вызывает замыкание его контакта, а следовательно, предупредительный сигнал. При серьезном повреждении внутри трансформатора происходит бурное газообразование и под воздействием выделившихся газов масло быстро вытесняется из бака в расширитель. Поток масла проходит через газовое реле и заставляет сработать нижний поплавок (элемент), который дает команду на отключение поврежденного трансформатора. Этот элемент срабатывает также и в том случае, если в баке трансформатора сильно понизился уровень масла, например при повреждении бака и утечке масла.
11. ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ТОКОВАЯ ЗАЩИТА
- Категория: М.А. Шабад "Релейная защита трансформаторов"
Принцип действия и область применения. Дифференциальная токовая защита относительно редко устанавливается на трансформаторах 10 кВ, однако «Правила» допускают установку этой защиты в тех случаях, когда, например, токовая отсечка трансформаторов от 1 до 2,5 MB-А не удовлетворяет требованиям чувствительности (§ 7). Поэтому далее кратко рассматриваются принцип действия и схемы дифференциальных защит трансформаторов 10/6 и 10/10 кВ с выключателями и трансформаторами тока на обеих сторонах.
Принципиальная схема продольной дифференциальной защиты с циркулирующими токами показана на рис. 36 для одной фазы какого-либо элемента, имеющего в начале и в конце одинаковые по значению первичные токи (I1-1=I2-2). Между трансформаторами тока 1ТТ и 2ТТ находится зона действия дифференциальной защиты. Вторичные обмотки этих ТТ соединяются последовательно (конец 1ТТ с началом 27Т), а токовое реле дифференциальной защиты ТД подключается к ним параллельно.
12. СИГНАЛИЗАЦИЯ ПРИ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЯХ НА ЗЕМЛЮ НА СТОРОНЕ 10 кВ ТРАНСФОРМАТОРА
- Категория: М.А. Шабад "Релейная защита трансформаторов"
Сети 10 кВ относятся к сетям с малым током замыкания на землю [2]. Однофазные замыкания на землю не сопровождаются здесь большими токами, как, например, в сетях 0,4 кВ или 110 кВ и выше, которые работают в режиме глухого заземления нейтралей и где токи однофазного КЗ могут быть равны токам трехфазного КЗ. В сетях 10 кВ естественные токи замыкания на землю обусловлены лишь суммарной емкостью элементов 10 кВ, работающих в одной электрической связанной сети. Наибольшей емкостью обладают кабельные линии, наименьшей — воздушные линии 10 кВ. Максимально допустимое значение емкостного тока для сети 10 кВ равно 20 А [2]. При более высоких значениях емкостного тока замыкания на землю он должен компенсироваться с помощью дугогасительных устройств, представляющих собой регулируемые катушки индуктивности
Подробнее: 12. СИГНАЛИЗАЦИЯ ПРИ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЯХ НА ЗЕМЛЮ НА СТОРОНЕ 10 кВ ТРАНСФОРМАТОРА
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 - СВЕДЕНИЯ НОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ (ЭЛЕКТРОННЫХ) РЕЛЕ ВРЕМЕНИ И ПРОМЕЖУТОЧНЫХ
- Категория: М.А. Шабад "Релейная защита трансформаторов"
Основные технические характеристики новых серийных реле тока, времени и промежуточных, которые используются в современных устройствах релейной защиты различных элементов электроустановок в том числе трансформаторов 10 кВ, приведены на основании данных завода-изготовителя— Чебоксарского электро-аппаратного завода.
Реле максимального тока серий РСТ-11 и РСТ-13. Токовые реле мгновенного действия этих серий по своему назначению являются электронными аналогами электромеханических реле серии РТ-40, описание которых дано в работе [11|.
Принцип действия реле РСТ-11, РСТ-13 основан на измерении интервала времени, в течение которого мгновенное значение измеряемого тока превышает некоторую эталонную величину. Четкое срабатывание этих реле обеспечивается поэтому при любых возможных искажениях синусоиды тока на входе реле, даже если токовая погрешность трансформаторов тока составляет 80— 90 % [14|. Как видно из зависимости А =ψ(f) на рис. 28, и, значения токовой погрешности трансформаторов тока практически не превышают 80 % и, таким образом, реле серий РСТ-11, РСТ-13 могут надежно срабатывать при таких кратностях токов КЗ, при которых реле серии РТ-40 отказывают из-за вибрации их контактной системы.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 - БУКВЕННЫЕ КОДЫ РЕЛЕ
- Категория: М.А. Шабад "Релейная защита трансформаторов"
С 1977 г. н проектной документации и различных информационных материалах по релейной защите применяются латинские буквенные обозначения (коды) электрического оборудования, в том числе и реле. Наряду с этим используются и традиционные обозначения реле русскими буквами, несущими смысловое значение: например, РТ— реле тока, РВ — реле времени и т. п. В табл. П2-1 приводятся условные обозначения (коды) некоторых типов реле.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Категория: М.А. Шабад "Релейная защита трансформаторов"
1. Правила устройства электроустановок/Минэнерго СССР.—-6-е изд. — М.: Энергоатомиздат, 1985.
2. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей. — 14-е изд. — М.: Энергия, 1989.
3. Беркович М. А., Молчанов В. В., Семенов В. А. Основы техники релейной защиты. — М.: Энергия, 1984.
4. Шабад М. А. Защита и автоматика электрических сетей агропромышленных комплексов.— Л.: Энергоатомиздат, 1987.
М.А. Шабад "Релейная защита трансформаторов"
- Категория: М.А. Шабад "Релейная защита трансформаторов"
Читатель найдет в этой книге сведения и о плавких предохранителях, и об устройствах релейной защиты трансформаторов 10 кВ и блоков линия 10 кВ— трансформатор, а также примеры расчетов токов короткого замыкания (КЗ), выбора плавких предохранителей и расчетов параметров срабатывания ( уставок ) релейной защиты в соответствии с требованиями действующих «Правил устройства электроустановок» ,[1]. Приведенные в книге сведения будут полезны электромонтерам, мастерам, инженерам и техникам, обслуживающим трансформаторные подстанции 10 кВ не только в сельской местности, но и в городах и на промышленных предприятиях.
Содержание
- Категория: М.А. Шабад "Релейная защита трансформаторов"